Determine o COP de ciclo de refrigeração por compressão simples de amônia saturada. A temperatura de evaporação é de -20^{\circ} \mathrm{C} e a temperatura do condensador é de 30^{\circ} \mathrm{C}.

Passo 1

O enunciado pede o coeficiente de desempenho de um ciclo de refrigeração por compressão simples usando amônia saturada, com temperatura de evaporação T_e=-20^\circ\mathrm{C} e de condensação T_c=30^\circ\mathrm{C}. Vamos modelar o ciclo ideal de vapor-compressão, identificando os quatro estados principais e usando tabelas de propriedades da amônia para calcular entalpias e entropias.

Passo 2

Definimos os estados do ciclo:
  1. Estado 1: saída do evaporador, vapor saturado a T_e.
  2. Estado 2: saída do compressor, superaquecido à pressão de condensador, compressão isentrópica s_2=s_1.
  3. Estado 3: saída do condensador, líquido saturado a T_c.
  4. Estado 4: saída da válvula de expansão, mistura a pressão do evaporador, processo isentrópico em termos de entalpia h_4=h_3.

Passo 3

Na Tabela de saturação para amônia a -20^\circ\mathrm{C} lemos:
h_1 = h_g(-20^\circ\mathrm{C}) = 1485\\ \text{kJ/kg},\quad s_1 = s_g(-20^\circ\mathrm{C}) = 5{,}02\\ \text{kJ/(kg\cdotK)}.

Passo 4

A pressão de condensador corresponde a T_c=30^\circ\mathrm{C}. Pela condição isentrópica, temos s_2=s_1=5{,}02\\ \text{kJ/(kg\cdotK)}. Usando a tabela de vapor superaquecido de amônia à pressão de condensação encontramos, por interpolação,
h_2 \approx 1692\\ \text{kJ/kg}.

Passo 5

Na Tabela de saturação para amônia a 30^\circ\mathrm{C} obtemos o líquido saturado:
h_3 = h_f(30^\circ\mathrm{C}) = 456\\ \text{kJ/kg}.
Como a expansão é isentrópica em entalpia (válvula), h_4 = h_3 = 456\\ \text{kJ/kg}.

Passo 6

O efeito frigorífico e o trabalho de compressão por unidade de massa são
q_L = h_1 - h_4 = 1485 - 456 = 1029\\ \text{kJ/kg},
w_c = h_2 - h_1 = 1692 - 1485 = 207\\ \text{kJ/kg}.
O coeficiente de desempenho vale
\text{COP}_R = \frac{q_L}{w_c} = \frac{1029}{207} \approx 4{,}97.

Resposta

\displaystyle \text{COP}_R\approx 4{,}97.

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