Refrigeradores y bombas de calor

Hemos analizado el ciclo de Carnot aplicado a la obtención de trabajo, pero podemos también hacer que éste funcione al revés. Así, si ahora hay trabajo neto sobre el sistema se tendrá calor neto saliendo del sistema. Habrá una cantidad de calor $Q_{2}$ expelida en el reservorio de calor de la temperatura más alta y una cantidad de calor $Q_{1}$ absorbida en el reservorio de calor de la temperatura más baja. El primero de estos es negativo según nuestra convención de signos y el último es entonces positivo. El resultado es que el trabajo neto realizado en el sistema, permite al calor que se extrae de la fuente de baja temperatura sea expelido por el sistema a un reservorio de alta temperatura. El ciclo y las transferencias de calor y de trabajo se indican en la figura (). En este modo de operación el ciclo trabaja como un refrigerador o bomba de calor. Ya que ``pagamos'' con el trabajo, y ``conseguimos'' una cantidad de calor extraída, .una métrica para los dispositivos de este tipo es el coeficiente de funcionamiento (coefficient of performance, cop), definido como

$$COP=\frac{Q_{1}}{-W}=\frac{Q_{1}}{-\left( Q_{1}+Q_{2}\right) }%$$ (140)

Figure 28: Operación de un refrigerador de Carnot

Para un ciclo de Carnot conocemos los cocientes entre calor que entra y el calor que sale cuando el ciclo está operando y ya que el ciclo es reversibles, estos cocientes son iguales cuando el ciclo funciona al revés El coeficiente de funcionamiento se da así en términos de temperaturas absolutas como

$$COP=\frac{T_{1}}{T_{2}-T_{1}}%$$

y este pude ser más grande que la unidad.

Los ciclos de Carnot que han sido expuestos se basan en el comportamiento del gas ideal. La eficiencia del ciclo de Carnot es independiente del tipo de fluido de operación como veremos posteriormente.