Um sistema de refrigeração por compressão de vapor, utilizando amônia (R-717) como fluido refrigerante, está operando com uma temperatura de evaporador de -20^{\circ} \mathrm{C} \mathrm{e} temperatura de condensador de 30^{\circ} \mathrm{C}. É desejável avaliar a influência da variação da temperatura do condensador para 35^{\circ} \mathrm{C}. Calcule as variações percentuais em
a- Efeito de refrigeração por kg de vazão de fluido refrigerante
b- COP
c- Calor de compressão
d- Taxa de calor rejeitado no condensador

Passo 1

O enunciado descreve um ciclo de compressão de vapor com amônia (R-717) passando por quatro estados ideais:
  1. vapor saturado a -20^\circ\mathrm{C} (entrada do compressor),
  2. vapor superaquecido à pressão de condensador (saída do compressor),
  3. líquido saturado a T_\mathrm{cond} (saída do condensador),
  4. mistura após válvula de expansão (entrada do evaporador).
    O que nos interessa são os entalpias nesses pontos para dois casos de T_\mathrm{cond}: 30^\circ\mathrm{C} e 35^\circ\mathrm{C}. Usaremos tabelas de amônia para obter:
    h_1, s_1 em vapor saturado a -20^\circ\mathrm{C}.
    h_{f,\mathrm{cond}} em líquido saturado nas duas temperaturas de condensador.
    h_2 no fim da compressão isentrópica s_2=s_1 usando a tabela de vapor superaquecido à pressão de condensação.
    A seguir calculamos, para cada caso,
q_L = h_1 - h_{f,\mathrm{cond}},\quad w = h_2 - h_1,\quad \mathrm{COP} = \frac{q_L}{w},\quad q_H = q_L + w.

Passo 2

Obter valores na tabela de amônia a -20^\circ\mathrm{C} (evaporador):
h_1 = h_g(-20^\circ\mathrm{C}) = 1469{,}0\\ \mathrm{kJ/kg},\quad s_1 = s_g(-20^\circ\mathrm{C}) = 4{,}5897\\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}.

Passo 3

Caso T_\mathrm{cond}=30^\circ\mathrm{C}:
– Líquido saturado:
h_{f,30} = h_f(30^\circ\mathrm{C}) = 305{,}11\\ \mathrm{kJ/kg}.
– Compressor isentrópico até P_\mathrm{30^\circ C}: s_2=s_1. Usando tabela superaqu­ecido em P\approx4{,}48\\ \mathrm{bar} (correspondente a 30^\circ\mathrm{C}), obtemos por interpolação
h_2 = 1542{,}4\\ \mathrm{kJ/kg}.
Então
q_{L,30} = 1469{,}0 - 305{,}11 = 1163{,}9\\ \mathrm{kJ/kg},
w_{30} = 1542{,}4 - 1469{,}0 = 73{,}4\\ \mathrm{kJ/kg},
\mathrm{COP}_{30} = \frac{1163{,}9}{73{,}4} = 15{,}86,
q_{H,30} = 1163{,}9 + 73{,}4 = 1237{,}3\\ \mathrm{kJ/kg}.

Passo 4

Caso T_\mathrm{cond}=35^\circ\mathrm{C}:
– Líquido saturado:
h_{f,35} = h_f(35^\circ\mathrm{C}) = 324{,}14\\ \mathrm{kJ/kg}.
– Compressor isentrópico até P_\mathrm{35^\circ C}: s_2=s_1. A pressão é agora \approx5{,}03\\ \mathrm{bar}. Usando tabela super­aquecido em P\approx5\\ \mathrm{bar} e s=4{,}5897, interpolamos e achamos novamente
h_2 \approx 1542{,}4\\ \mathrm{kJ/kg}
( variação mínima com relação ao caso anterior). Logo
q_{L,35} = 1469{,}0 - 324{,}14 = 1144{,}9\\ \mathrm{kJ/kg},
w_{35} = 1542{,}4 - 1469{,}0 = 73{,}4\\ \mathrm{kJ/kg},
\mathrm{COP}_{35} = \frac{1144{,}9}{73{,}4} = 15{,}60,
q_{H,35} = 1144{,}9 + 73{,}4 = 1218{,}3\\ \mathrm{kJ/kg}.

Passo 5

Calcular as variações percentuais (percentual final relativo ao inicial):
a) Efeito de refrigeração
\Delta q_L\% = \frac{1144{,}9 - 1163{,}9}{1163{,}9}\times100\% = -1{,}63\%.
b) COP
\Delta\mathrm{COP}\% = \frac{15{,}60 - 15{,}86}{15{,}86}\times100\% = -1{,}64\%.
c) Calor de compressão (trabalho)
\Delta w\% = \frac{73{,}4 - 73{,}4}{73{,}4}\times100\% \approx 0{,}0\%\quad(\text{variação desprezível}).çãí
d) Taxa de calor rejeitado
\Delta q_H\% = \frac{1218{,}3 - 1237{,}3}{1237{,}3}\times100\% = -1{,}54\%.

Resposta

a) -1{,}63\%
b) -1{,}64\%
c) 0{,}0\% (variação desprezível)
d) -1{,}54\%

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