Um ciclo de refrigeração que opera entre dois reservatórios recebe energia
por transferência de calor de um reservatório frio a
e rejeita energia
para um reservatório quente a
. Para cada um dos seguintes casos, determine se o ciclo opera reversivelmente, irreversivelmente ou é impossível. Considere a máquina térmica como sendo um refrigerador.
.
Passo 1
O enunciado descreve um refrigerador que opera entre o reservatório frio a
e o reservatório quente a
. Recebe calor
do frio e requer trabalho
. Vamos usar a primeira lei (conservação de energia) para obter
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
ao reservatório quente é a soma de
com o trabalho de entrada, isto é,
Passo 3
O coeficiente de desempenho real (COP
) e o reversível (COP
) para refrigeradores são dados por
Como
, 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:
Como
, o ciclo gera entropia e, portanto, é irreversível.
Resposta
O ciclo opera irreversivelmente.