Um refrigerador opera com
na fonte fria e
na fonte quente, e possui capacidade de refrigeração de 150 W , consumindo uma potência de compressão de 100 W. Determine os rendimentos de primeira e segunda lei da termodinâmica. R:
Passo 1
O enunciado diz que temos um refrigerador (ou bomba de calor) que opera entre duas fontes:
- Fonte fria a –20 °C
- Fonte quente a 60 °C
Ele retira do frioe consome de trabalho no compressor.
Conteúdo que vamos usar: - Definição de coeficiente de desempenho (COP) pela 1ª lei (energia)
- COP de Carnot (máximo ideal)
- Definição de eficiência de 2ª lei (relação entre COP real e COP de Carnot)
Pra resolver, vamos:
- passar as temperaturas para Kelvin
- achar o COP real pela 1ª lei
- achar o COP Carnot
- calcular a eficiência de 2ª lei
Passo 2
Primeiro, converte as temperaturas para Kelvin (obrigatório em termodinâmica!):
A gente costuma usar a bomba de calor vista como “entrega de calor na fonte quente”
. Pela 1ª lei:
Então o coeficiente de desempenho (COP) real pela 1ª lei é
Passo 3
Agora o COP máximo (Carnot) para bomba de calor entre essas duas fontes é
Isso é o melhor que um ciclo reversível conseguiria.
Passo 4
Por fim, a eficiência de 2ª lei (ou eficiência exergética) compara o COP real com o ideal de Carnot:
Resposta
1ª lei (COP real) = 2,5
2ª lei (η exergética) = 0,6
2ª lei (η exergética) = 0,6