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Inicio/Termodinámica/Ciclo frigorífico (Carnot inverso)

Ciclo frigorífico (Carnot inverso)

El mismo contorno que el de Carnot, pero el recorrido es el contrario; coeficiente de desempeño COP_R y COP de la bomba de calor; T_C y T_H en kelvin.

Reservorios e intervalo de V

1.15
2.65
297 K
267 K
0.32×

Refrigerador de Carnot reversible: trabajo **hacia adentro**, calor **Q_C** desde **T_C**, calor **Q_H** hacia **T_H**. El mismo PV que el motor de Carnot, pero el marcador va **hacia atrás**. COP_R = T_C/(T_H−T_C), COP_HP = T_H/(T_H−T_C) en kelvin. El esquema es convencional.

Atajos de teclado

  • •Espacio / Enter — reiniciar el marcador del ciclo
  • •R — pausa / continuar

Magnitudes medidas

T_C en el ciclo (K)267.0
T_H en el ciclo (K)297.0
COP_R = T_C/(T_H−T_C)8.90
COP_HP = T_H/(T_H−T_C)9.90
|W| ∝ área (modelo)25.044

Sobre el modelo

El ciclo de Carnot inverso es el refrigerador ideal (o la bomba de calor): el mismo lazo P–V de gas ideal que el motor de Carnot, pero el recorrido es el contrario. El calor Q_C se aporta en la isoterma fría (análogo del evaporador), el calor Q_H se extrae en la isoterma caliente (condensador) y el trabajo W lo aporta el compresor. El límite de Carnot para refrigeración es COP_R = T_C/(T_H − T_C); para calefacción, COP_HP = T_H/(T_H − T_C), con T en kelvin. El esquema evoca un refrigerador doméstico; no es el ciclo de compresión de vapor con estrangulador y tablas del refrigerante.

Para quién: Termodinámica introductoria después del ciclo de Carnot: coeficiente de desempeño y balance de energía.

Conceptos clave

  • refrigerador de Carnot
  • ciclo de Carnot inverso
  • coeficiente de desempeño
  • COP
  • bomba de calor
  • intercambio de calor isotérmico

Cómo funciona

En el refrigerador de Carnot ideal, la sustancia de trabajo recorre los mismos estados que en el ciclo de Carnot, pero el sentido en el diagrama P–V es el contrario: en la isoterma del reservorio frío se aporta calor desde la cámara; en la isoterma del caliente se extrae calor hacia el entorno; el balance es Q_H = Q_C + W. Los límites son COP_R = T_C/(T_H − T_C) y COP_HP = T_H/(T_H − T_C), con las temperaturas en kelvin.

Fórmulas principales

COP_R = Q_C / W · COP_R,Carnot = T_C / (T_H − T_C) · COP_HP = Q_H / W
Q_H = Q_C + W (balance de energía) · T en kelvin para los límites de Carnot

Preguntas frecuentes

¿Por qué el punto en P–V va al revés que en el motor de Carnot?
Son los mismos cuatro procesos, pero el refrigerador gasta trabajo para bombear calor. Recorrer el lazo en sentido contrario cambia en qué tramos se aporta o se extrae calor.
¿Puede el COP ser menor que 1?
En refrigeración, COP_R puede quedar por debajo de 1 si el salto T_H − T_C es grande frente a T_C. Por cada joule de calor tomado del lado frío hace falta entonces más trabajo: no contradice el primer principio.
¿Así dibujan en el libro el refrigerador de la cocina?
En la técnica suele usarse el ciclo de compresión de vapor, con estrangulador o capilar y el diagrama del refrigerante. Aquí están los límites de Carnot y los signos de la energía.