COP de Carnot (Refrigeração)
Calcula o coeficiente de performance (COP) máximo teórico de um refrigerador, COP = Tc/(Th − Tc), com as temperaturas em kelvin, onde Tc é a temperatura da fonte fria (evaporador) e Th a da fonte quente (condensador). É o limite imposto pela 2ª lei da termodinâmica: nenhum refrigerador real pode superá-lo. Quanto menor a diferença de temperatura entre as fontes, maior o COP possível — por isso refrigerar a temperaturas muito baixas é tão custoso. Informe as temperaturas fria e quente em kelvin.
Resultado
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COP de Carnot (refrigeração)
Qual o melhor desempenho que um refrigerador pode teoricamente ter? A resposta vem do ciclo de Carnot, o mais eficiente possível pela 2ª lei da termodinâmica: COP = Tc/(Th − Tc), com as temperaturas em kelvin. O COP (coeficiente de performance) é o calor removido por unidade de trabalho gasto — e, ao contrário da eficiência de uma máquina térmica, ele pode ser maior que 1 (um bom ar-condicionado move 3 a 4 vezes mais calor do que consome de eletricidade!). A fórmula revela uma verdade dura: o COP máximo cai rapidamente à medida que a diferença Th − Tc aumenta. Resfriar de 25 °C para 5 °C é barato (ΔT pequeno, COP alto); resfriar a −196 °C (nitrogênio líquido) ou a temperaturas de criogenia é dramaticamente custoso, porque o COP de Carnot despenca — e o real é ainda menor. É por isso que liquefazer gases e atingir o zero absoluto exigem tanta energia. Nenhum refrigerador real supera o COP de Carnot; só se aproxima dele. Informe as temperaturas fria e quente em kelvin.
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Calcula a eficiência de segunda lei de um refrigerador, η = (COP_real/COP_Carnot)·100%, comparando o COP real medido com o máximo teórico de Carnot para as mesmas temperaturas. Mostra quão perto da perfeição termodinâmica o sistema opera: sistemas reais ficam tipicamente em 40–60% do Carnot, devido a irreversibilidades na compressão, perdas de pressão e diferenças finitas de temperatura nos trocadores. Informe o COP real e o COP de Carnot.
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Calcula a eficiência térmica de um ciclo Rankine, η = (w_turbina − w_bomba) ÷ q_caldeira × 100%, dividindo o trabalho líquido (trabalho da turbina menos o consumido pela bomba) pelo calor fornecido na caldeira, todos em kJ/kg. O ciclo Rankine é a base das usinas termelétricas a vapor: a água é bombeada, aquecida e vaporizada na caldeira, expande na turbina gerando trabalho e condensa de volta. O resultado, em %, mede quanto do calor da caldeira vira trabalho útil; ciclos reais ficam em 30–45%. Informe o trabalho da turbina, o trabalho da bomba e o calor da caldeira.
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