Um ciclo de refrigeração que opera entre dois reservatórios recebe energia QL por transferência de calor de um reservatório frio a TL=250 K e rejeita energia QH para um reservatório quente a TH=300 K. Para cada um dos seguintes casos, determine se o ciclo opera reversivelmente, irreversivelmente ou é impossível. Considere a máquina térmica como sendo um refrigerador.
QL=1000 kJ, W ciclo =400 kJ.

Passo 1

O enunciado descreve um refrigerador que opera entre o reservatório frio a TL=250 K e o reservatório quente a TH=300 K. Recebe calor QL=1000 kJ do frio e requer trabalho Wciclo=400 kJ. Vamos usar a primeira lei (conservação de energia) para obter QH e a segunda lei (produção de entropia ou comparação de COP) para avaliar a (ir)reversibilidade.

Passo 2

Pela primeira lei da termodinâmica para o ciclo: o calor rejeitado QH ao reservatório quente é a soma de QL com o trabalho de entrada, isto é,
QH=QL+Wciclo=1000 kJ+400 kJ=1400 kJ

Passo 3

O coeficiente de desempenho real (COP real) e o reversível (COP rev) para refrigeradores são dados por
COPreal=QLWciclo=1000400=2,5,
COPrev=TLTH-TL=250300-250=5
Como COPreal<COPrev, o ciclo não é ideal reversível, mas ainda é fisicamente possível.

Passo 4

Podemos confirmar a irreversibilidade calculando a variação líquida de entropia dos reservatórios:
De<a Stot=QHTH-QLTL =1400300-1000250 approx4,667-4=0,667 kJ/K>0
Como De<a Stot>0, o ciclo gera entropia e, portanto, é irreversível.

Resposta

O ciclo opera irreversivelmente.

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