Diagramma di Mollier (h-s) #
Il diagramma di Mollier (o diagramma h-s) è un diagramma termodinamico che rappresenta le proprietà del vapore d’acqua (e di altri fluidi) usando come coordinate l’entalpia (h) e l’entropia (s). È uno strumento fondamentale per analizzare le trasformazioni nelle turbine e nelle macchine a vapore.
1. Le coordinate #
Entalpia (h) #
L’entalpia è l’energia totale di un sistema termodinamico (comprende l’energia interna e il lavoro di pressione). Si misura in kJ/kg.
Entropia (s) #
L’entropia misura il “disordine” di un sistema. Nelle trasformazioni reali, l’entropia aumenta sempre. Si misura in kJ/(kg·K).
2. Le zone del diagramma #
Il diagramma è diviso in tre zone principali dalla curva di saturazione (o campana):
| Zona | Descrizione | Stato |
|---|---|---|
| Sinistra della campana | Liquido sottoraffreddato | Solo liquido |
| Sotto la campana | Miscela bifase | Liquido + vapore |
| Destra della campana | Vapore surriscaldato | Solo vapore |
Il punto più alto della campana è il punto critico: al di sopra di esso non c’è più distinzione tra liquido e vapore.
3. Le linee del diagramma #
| Linea | Significato | Come si legge |
|---|---|---|
| Isobare | Pressione costante | Linee che salgono verso destra |
| Isoterme | Temperatura costante | Sotto la campana coincidono con le isobare |
| Linee di titolo | Percentuale di vapore nella miscela | Solo sotto la campana (x = 0.1, 0.2, …, 1) |
| Isoentropiche | Entropia costante | Linee verticali |
4. Come usare il diagramma #
Espansione in turbina ideale (isoentropica) #
In una turbina ideale:
- Il vapore entra ad alta pressione e temperatura (punto 1, in alto a sinistra)
- Si espande a entropia costante (linea verticale verso il basso)
- Esce a bassa pressione (punto 2)
Il lavoro della turbina = \(\Delta h = h_1 - h_2\)
Espansione reale #
Nella realtà, l’espansione non è perfettamente isoentropica: l’entropia aumenta. Il punto 2 reale si trova a destra del punto ideale:
$$ \eta_{turbina} = \frac{h_1 - h_{2,reale}}{h_1 - h_{2,ideale}} $$📝 Spiegazione: Il diagramma di Mollier permette di “vedere” graficamente quanta energia si ottiene da una turbina. Più è grande il salto verticale (cambio di entalpia), più lavoro produce la turbina.
5. Applicazioni #
- Analisi delle turbine a vapore nelle centrali termoelettriche
- Dimensionamento dei cicli rankine
- Studio delle macchine frigorifere a compressione
- Progettazione di impianti di cogenerazione
Conclusione #
Il diagramma di Mollier è lo strumento visivo fondamentale per la termodinamica applicata. Permette di analizzare rapidamente le trasformazioni del vapore e calcolare il lavoro e il rendimento delle macchine termiche, senza dover risolvere equazioni complesse.
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