Gabarito disponível
Bombas térmicas são projetadas com a finalidade de aquecer um corpo ou uma região de interesse (por exemplo, um quarto durante o inverno). A finalidade da bomba de calor é retirar uma quantidade de calor Qf do meio externo (que está a uma temperatura Tf e funciona como reservatório térmico) e fornecer um calor Qq para um reservatório térmico do sistema de aquecimento que está a uma temperatura Tq. O coeficiente de rendimento da bomba térmica em cada ciclo é, portanto, igual à razão Qq/W, onde W é o trabalho realizado sobre a substância de trabalho da máquina térmica e tanto o Qq quanto W são dados em Joules. O rendimento da bomba térmica será maior quanto maior for o calor cedido ao reservatório térmico do sistema de aquecimento. Considerando que, em um inverno rigoroso, a temperatura externa é de -10° Celsius e a temperatura do reservatório térmico do sistema de aquecimento é de 80° Celsius, e considerando que 0° Celsius corresponde a 273,2 K, qual o rendimento máximo que poderia ser obtido por uma bomba térmica operando nessas condições climáticas, utilizando gás ideal como substância de trabalho (cujo número de mols permanece constante)?
Resolução comentada
O rendimento máximo de uma bomba de calor é o de Carnot: COP = Tq/(Tq − Tf).
Tq = 80 + 273,2 = 353,2 K e Tf = −10 + 273,2 = 263,2 K. Então COP_máx = Tq/(Tq − Tf) = 353,2/90 ≈ 3,9. Esse é o limite teórico, atingido por um ciclo reversível de Carnot.
Análise das alternativas
A) é negativo, o que é impossível. B) e C) são menores que ou iguais a 1, enquanto bombas de calor têm COP > 1. D) 2,9 é a razão Tf/(Tq − Tf), que corresponde ao refrigerador, não à bomba de calor.
Referência: Segunda lei da Termodinâmica; ciclo de Carnot invertido.
Resolução comentada do VaiConcursos.