Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 229
Um arranjo pistão-cilindro bem isolado de 0,25 m³ contém inicialmente 0,7 kg de ar a 20 °C. Nesse estado, o pistão tem liberdade de movimento. Ar de uma linha de alimentação a 500 kPa e 70 °C entra no cilindro até que o volume aumente em 50%. Usando calores específicos constantes à temperatura ambiente, determine (a) a temperatura final, (b) a quantidade de massa que entrou no sistema, (c) o trabalho realizado e (d) a geração de entropia.
Passo 1
Entendendo o problema:
Ar é inserido em um cilindro, através de uma conexão com uma linha de alimentação, até que o volume de ar dentro do cilindro aumente em 50%. O ar contido inicialmente no cilindro e o que entra pela linha de alimentação possuem temperaturas e pressões distintas.
O problema demanda a temperatura final no cilindro, após a entrada do ar, a quantidade de massa que entra, o trabalho realizado e a geração de entropia do processo. O ar é admitido com comportamento de gás ideal.
Dados da para o ar:
Item C:
Admitindo que a pressão no cilindro não muda durante o processo, o trabalho pode ser então determinado por:
(1)
A pressão 
inicial do cilindro é calculada pela relação de gases ideais, com a massa, a temperatura e o volume dados no enunciado. Assim:
O volume inicial 
é dado pelo enunciado, enquanto que o volume final é 50% maior que o volume inicial. Assim, substituindo na equação (1), o trabalho é dado por:
Passo 2
Como a pressão no cilindro não se modifica do início para o final do processo (
), a massa no cilindro ao final do processo, em função da temperatura é calculada como:
(2)
Pelo balanço de massa, a quantidade ar que entra no cilindro é igual a diferença da quantidade de ar entre o estado final e inicial. Usando a equação (2), temos:
(3)
O balanço de energia para o sistema possui a seguinte lógica: A variação associada ao fluido que escoa para dentro do fluido, associada à entalpia, menos o trabalho executado sobre o gás, calculado no item c, é igual à variação de energia interna do gás entre o estado final e o inicial, quando o gás se encontra em repouso (associado à energia interna). Assim:
(4)
(5)
substituindo os valores:
(4)
A solução iterativa da equação (4) obtém o valor para a temperatura final de 
Passo 3
item B:
De posse da temperatura final, aplicando a equação (3) se obtém a quantidade de ar que entra no cilindro:
item D:
A entropia gerada é determinada como:
(5)
Utilizando para as variações de entropia da equação (5), a expressão de variação de entropia de gases ideais:
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)