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Início/Termodinâmica/Ciclo de refrigeração (Carnot inverso)

Ciclo de refrigeração (Carnot inverso)

O mesmo contorno do ciclo de Carnot, mas percorrido no sentido oposto; coeficiente de performance COP_R e COP da bomba de calor; T_C e T_H em kelvin.

Reservatórios e intervalo de V

1.15
2.65
297 K
267 K
0.32×

Refrigerador de Carnot reversível: trabalho **para dentro**, calor **Q_C** de **T_C**, calor **Q_H** para **T_H**. O mesmo PV do motor de Carnot, mas o marcador anda **para trás**. COP_R = T_C/(T_H−T_C), COP_HP = T_H/(T_H−T_C) em kelvin. O esquema é convencional.

Atalhos de teclado

  • •Espaço / Enter — reiniciar o marcador no ciclo
  • •R — pausar / continuar

Grandezas medidas

T_C no ciclo (K)267.0
T_H no 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 o modelo

O ciclo de Carnot inverso é o refrigerador (ou a bomba de calor) ideal: o mesmo laço P–V de gás ideal do motor de Carnot, percorrido no sentido oposto. O calor Q_C entra na isoterma fria (análogo do evaporador), o calor Q_H sai na isoterma quente (condensador) e o trabalho W é fornecido pelo compressor. O limite de Carnot para refrigeração é COP_R = T_C/(T_H − T_C); para aquecimento, COP_HP = T_H/(T_H − T_C), com T em kelvin. O esquema lembra uma geladeira doméstica; não é o ciclo por compressão de vapor com válvula de expansão e tabelas de refrigerante.

Para quem: Termodinâmica introdutória depois do ciclo de Carnot: coeficiente de performance e balanço de energia.

Conceitos-chave

  • refrigerador de Carnot
  • ciclo de Carnot inverso
  • coeficiente de performance
  • COP
  • bomba de calor
  • troca de calor isotérmica

Como funciona

No refrigerador de Carnot ideal, a substância de trabalho passa pelos mesmos estados do ciclo de Carnot, mas o sentido no diagrama P–V é o oposto: na isoterma do reservatório frio entra calor do compartimento; na isoterma do quente o calor sai para o ambiente; o balanço é Q_H = Q_C + W. Os limites são COP_R = T_C/(T_H − T_C) e COP_HP = T_H/(T_H − T_C), com as temperaturas em kelvin.

Fórmulas principais

COP_R = Q_C / W · COP_R,Carnot = T_C / (T_H − T_C) · COP_HP = Q_H / W
Q_H = Q_C + W (balanço de energia) · T em kelvin para os limites de Carnot

Perguntas frequentes

Por que o ponto no P–V anda no sentido oposto ao do motor de Carnot?
São os mesmos quatro processos, mas o refrigerador gasta trabalho para bombear calor. Percorrer o laço no sentido contrário muda em quais trechos o calor entra ou sai.
O COP pode ser menor que 1?
Na refrigeração, COP_R fica abaixo de 1 se o salto T_H − T_C for grande diante de T_C. Por joule de calor retirado do lado frio faz falta então mais trabalho — isso não contradiz a primeira lei.
É assim que o livro desenha a geladeira da cozinha?
Na técnica usa-se em geral o ciclo por compressão de vapor, com válvula de expansão ou capilar e o diagrama do refrigerante. Aqui estão os limites de Carnot e os sinais da energia.