Ar, a e em um arranjo cilindro-pistão, é expandido num processo a pressão constante para duas vezes o volume inicial, estado 2, conforme mostrado na Fig.P5.75. O pistão é, em seguida, preso por um pino e calor é transferido até que uma temperatura final de seja atingida. Determine , e para os estados 2 e 3, e determine o trabalho e o calor em ambos os processos.

Vamos começar determinando as propriedades do estado 2. Para encontrar a temperatura vamos considerar o ar como um gás ideal e que a relação entre volume e temperatura é linear. Assim,

Como o volume no estado final é o dobro do estado inicial, temos:

Substituindo o valor da temperatura:

Para determinar a entalpia, podemos olhar na Tabela A.7 para :

Para o estado 1, vamos olhar na temperatura :

porque .

Para encontrar a pressão no estado 3, vamos usar a mesma relação de linearidade:

Substituindo os dados:

Agora vamos encontrar o trabalho e o calor requerido em cada processo.

O trabalho a pressão constante pode ser calculado da seguinte forma:

O volume inicial pode ser calculado por meio das leis dos gases ideias. Assim,

Utilizando o volume específico e olhando na Tabela A.5, temos , então:

Substituindo na equação do trabalho:

O trabalho do estado 2 ao estado 3 é nulo, porque o volume não se altera. Sendo assim,

Vamos calcular agora o calor transferido em cada processo. Utilizando a equação da energia, temos:

Substituindo o trabalho na equação:

Isolando ,

Sendo assim,

Do estado 1 ao estado 2, temos

Do estado 2 ao estado 3, como não temos trabalho, vamos usar a equação com a energia interna:

Olhando na Tabela A.7 para o , , para temos . Assim,

É isso, galera, encerramos o exercício 😉.