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Termodinâmica Inversa: Por que o calor não pode fluir automaticamente para áreas de alta temperatura?
Nos princípios básicos da termodinâmica, mencionamos frequentemente um conceito eterno: o calor não pode fluir automaticamente de uma área de baixa temperatura para uma área de alta temperatura. A razão fundamental para este fenômeno vem da segunda lei da termodinâmica, que muitas vezes chamamos de processo irreversível da termodinâmica. Em termos simples, esta lei afirma que, para que o calor se desloque para uma temperatura mais elevada, deve ser fornecido energia externa ou trabalho.
O fluxo natural de calor ocorre de áreas de alta temperatura para áreas de baixa temperatura, e esse fenômeno é onipresente na natureza.
No nosso dia a dia, desde o funcionamento dos frigoríficos até à utilização dos aparelhos de ar condicionado, todos dependem do movimento do calor. Mas quando imaginamos aquecer uma sala fria no inverno, como funciona? Nestes sistemas, devemos contar com algum dispositivo mecânico, como uma bomba de calor ou um sistema de refrigeração, para mover com força o calor de uma área de baixa temperatura para uma área de alta temperatura.
Conceitos básicos de ciclos termodinâmicos
Os princípios de funcionamento em bombas de calor e sistemas de refrigeração estão intimamente relacionados com o ciclo termodinâmico. De acordo com o modelo teórico da termodinâmica, esses sistemas podem ser descritos como ciclos termodinâmicos, incluindo ciclo de compressão de vapor, ciclo de absorção de vapor e ciclo de gás.
Ciclo de compressão de vapor
Os ciclos de compressão de vapor são a forma mais comum de aplicações de resfriamento e aquecimento atualmente. Durante este processo, o refrigerante entra no compressor como vapor de baixa pressão e baixa temperatura. Depois de comprimido, torna-se um gás com alta pressão e alta temperatura, e depois entra no condensador para liberar calor e se transformar no estado líquido. Em seguida, o líquido de baixa pressão passa pela válvula de expansão para reduzir sua pressão e depois entra no evaporador para absorver o calor, formando finalmente um ciclo operacional.
Em um ciclo ideal de compressão de vapor, o refrigerante absorve calor do evaporador e libera calor do condensador para obter aquecimento ou resfriamento.
Ciclo de absorção de vapor
Outra forma de ciclo é o ciclo de absorção de vapor Embora seu desempenho geralmente não seja tão bom quanto o ciclo de compressão de vapor, ele ainda pode desempenhar um papel em certas necessidades, especialmente quando as fontes de calor estão mais prontamente disponíveis do que a eletricidade, como a eletricidade. calor residual industrial ou energia solar, etc. Este ciclo utiliza energia térmica para vaporizar e liberar o refrigerante, misturando refrigerante e absorvente.
Circulação de gás
Comparado a esses tipos de ciclos, o ciclo do gás gira em torno do gás sem mudança de fase. Este processo é frequentemente utilizado em certas aplicações, como sistemas de ar comprimido comumente encontrados em aeronaves, porque esses sistemas podem utilizar diretamente o ar comprimido gerado pelo motor para resfriamento e ventilação.
O conceito de ciclo reverso de Carnot
O ciclo reverso de Carnot é um modelo teórico ideal que pode ser usado para descrever equipamentos operando como refrigeradores ou bombas de calor. Este ciclo inclui quatro processos: o refrigerante de uma fonte de baixa temperatura absorve calor, é então comprimido sem transferir calor para o mundo exterior, depois libera calor a alta temperatura e, finalmente, reduz a pressão de volta ao seu estado original para iniciar o ciclo. de novo.
O movimento do calor deve depender de trabalho externo para que o calor possa fluir de uma área de baixa temperatura para uma área de alta temperatura. Este processo mostra as características e limitações da termodinâmica.
Indicadores de desempenho e conclusões
Em vez de apenas mecanismos de resfriamento ou aquecimento, a eficiência dos sistemas de resfriamento e bomba de calor pode ser referenciada em termos de um índice de desempenho (COP), que reflete a eficiência energética do sistema. Em muitos casos, estes sistemas podem operar com alta eficiência, mas sob condições extremas, o desempenho pode ser comprometido.
Talvez, quando confiamos nestes produtos tecnológicos para desfrutar de uma vida conveniente e confortável, as pessoas não possam deixar de refletir: Como podemos usar estes princípios termodinâmicos de forma mais eficaz para reduzir o desperdício de energia e promover o desenvolvimento sustentável?
