Questão 2: Um refrigerador remove
do espaço frio a
usando 750 W de potência de entrada enquanto rejeita calor para a cozinha a
. Encontre:
(a) A taxa de irreversibilidade nesse refrigerador;
(b) O valor da taxa de irreversibilidade se a poténcia de entrada dobrasse:
(c) O valor da taxa de irreversibilidade se a razăo de temperaturas
fosse igual a 1,6 ;
(d) Compare as taxas de irreversibilidade anteriores e discuta sobre possibilidade das situaçães com base no conceito de taxa de irreversibilidade e qual seria a melhor alternativa.
(a) A taxa de irreversibilidade nesse refrigerador;
(b) O valor da taxa de irreversibilidade se a poténcia de entrada dobrasse:
(c) O valor da taxa de irreversibilidade se a razăo de temperaturas
(d) Compare as taxas de irreversibilidade anteriores e discuta sobre possibilidade das situaçães com base no conceito de taxa de irreversibilidade e qual seria a melhor alternativa.
Passo 1
O enunciado trata de um refrigerador que retira
de um espaço frio à temperatura
e consome trabalho
para rejeitar calor
numa cozinha a
.
Conteúdo: segunda lei da termodinâmica, irreversibilidades (exergia destruída) e coeficiente de desempenho reversível.
O que vamos usar:
Conteúdo: segunda lei da termodinâmica, irreversibilidades (exergia destruída) e coeficiente de desempenho reversível.
O que vamos usar:
- Conversão de temperaturas para Kelvin:
- Coeficiente de desempenho reversível para refrigerador:
- Trabalho reversível mínimo:
- Irreversibilidade (taxa de exergia destruída), que em regime estacionário equivale ao “trabalho perdido”:
Passo 2
Derivação da fórmula de irreversibilidade via coeficiente de desempenho reversível.
Para um refrigerador reversível entre e
vale
Para um refrigerador reversível entre
Qualquer dispositivo real consome trabalho
. A irreversibilidade (ou exergia destruída) é a diferença
que mede o “trabalho que poderíamos ter economizado” se o ciclo fosse reversível.
Passo 3
(a) Cálculo para os dados originais.
- Convertendo temperaturas:
- Coeficiente reversível:
- Trabalho reversível mínimo:
- Irreversibilidade:
Passo 4
(b) Se a potência de entrada dobrar,
, mas
e as temperaturas não mudam.
-
e continuam os mesmos:
- Nova irreversibilidade:
Passo 5
(c) Se alterarmos a razão de temperaturas para
mantendo
e
, então para
temos
-
- Trabalho reversível:
- Irreversibilidade:
Um valor negativo de
violaria a segunda lei (significaria COP atu > COP rev). Logo essa situação é impossível.
Passo 6
Comparação e discussão:
- (a)
. - (b)
(a irreversibilidade aumenta, sistema mais “ineficiente”). - (c)
(impossível, pois violaria a segunda lei).
Quanto menor, mais próximo do reversível e melhor o desempenho. Das situações fisicamente possíveis, a situação (a) é a melhor (menor irreversibilidade). Melhorar o ciclo exigiria reduzir a diferença ou aproximar-se do ciclo reversível para diminuir .
Resposta
(a)
(b)
(c) (impossível pela segunda lei).
(d) A menor irreversibilidade entre os casos fisicamente possíveis é a do item (a), logo essa é a melhor alternativa.
(b)
(c)
(d) A menor irreversibilidade entre os casos fisicamente possíveis é a do item (a), logo essa é a melhor alternativa.