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• • >3.4.0.1 Frigoríficos

O ciclo Carnot foi usado para energia, mas também podemos executá-lo inreverso. Se assim for, agora há trabalho de rede no sistema e aquecimento da rede do sistema. Haverá uma quantidade de calor rejeitada na temperatura mais alta e uma quantidade de calor absorvida na temperatura mais baixa. O primeiro deles é negativo segundo a nossa convenção e o segundo é positivo. O resultado é que o trabalho é feito no sistema, o calor é extraído de uma fonte de temperatura baixa e rejeitado para uma fonte de temperatura alta. As palavras “baixa” e “alta” são relativas e a fonte de baixa temperatura pode ser utilizada para refrigerar a sala de aula em um dia quente. O ciclo e as transferências de calor e trabalho são indicados na Figura 3.6. Neste modo de operação, o ciclo funciona como um refrigerador ou bomba de calor. O que pagamos é o trabalho, e o que recebemos é a quantidade de calor extraído. Ametric for devices of this type is the coefficient of performance,defined as

Figura 3.6:Operação de um frigorífico Carnot

Para um ciclo de Carnot sabemos as razões de entrada e saída de calor quando o ciclo é executado em marcha à frente e, como o ciclo é reversível, estas razões são as mesmas quando o ciclo é executado em marcha à ré. O coeficiente de desempenho é assim dado em termos de temperaturas absolutas como

Isto pode ser muito maior que a unidade.

Os ciclos de Carnot que foram desenhados são baseados no comportamento ideal do gás. Para diferentes meios de trabalho, no entanto, eles terão um aspecto diferente. Veremos um exemplo quando discutirmos as duas fases. O que é o mesmo seja qual for o meio, é a eficiência para todos os ciclos de Carnot operando entre as mesmas duas temperaturas.

3.4.0.1 Frigoríficos

Tipicamente o sistema termodinâmico em uma análise de frigoríficos será um fluido de trabalho, um refrigerante, que circula em torno de um loop, mostrado na Figura 3.7. A energia interna (e a temperatura) do refrigerante é alternadamente elevada e reduzida pelos dispositivos do laço. O fluido de trabalho é mais frio do que o ar do refrigerador num ponto e mais quente do que o ambiente num outro ponto. Assim, o calor fluirá na direção apropriada, mostrado pelas duas setas nos trocadores de calor.

Figura 3.7:Esquema de um refrigerador doméstico

Iniciando no canto superior direito do diagrama, descrevemos o processo com mais detalhes. Primeiro o refrigerante passa através de uma pequena turbina ou através de uma válvula de expansão. Nestes dispositivos, o trabalho é feito pelo refrigerante para que sua energia interna seja baixada para apoiar onde a temperatura do refrigerante é mais baixa do que a do ar no refrigerador. Um trocador de calor é utilizado para transferir a energia do interior do refrigerador para o refrigerante frio, o que diminui a energia interna do interior e aumenta a energia interna do refrigerante. Em seguida, uma bomba ou compressor é utilizado para fazer o trabalho no refrigerante, adicionando-lhe energia adicional e, assim, aumentando ainda mais a sua energia interna. A energia elétrica é utilizada para acionar a bomba ou o compressor. A energia interna do refrigerante é elevada a um ponto em que a sua temperatura é mais quente do que a temperatura do ambiente. O refrigerante é então passado por um permutador de calor (muitas vezes bobinas na parte de trás do refrigerador) para que a energia seja transferida do refrigerante para o ambiente circundante. Como resultado, a energia interna do refrigerante é reduzida e a energia interna do ambiente é aumentada. É neste ponto que a energia interna dos componentes do refrigerador e a energia utilizada para acionar o compressor ou a bomba são transferidas para o ambiente circundante. O termo refrigerante então continua para a turbina ou válvula de expansão, repetindo o ciclo.

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