Conforme ilustrado na Fig. P3.134, um tanque rígido contém inicialmente 3 kg de dióxido de carbono (CO2) a 500 kPa. O tanque está conectado por uma válvula a um conjunto cilindro-pistão orientado verticalmente e contendo de início 0,05 m3 de CO2. Embora a válvula esteja fechada, um pequeno vazamento faz com que o CO2 escoe para o interior do cilindro até que a pressão do tanque tenha sido reduzida a 200 kPa. O peso do pistão e a pressão atmosférica mantêm uma pressão constante de 200 kPa no cilindro. Devido à transferência de calor, a temperatura do CO2 permanece constante e igual a 290 K ao longo do tanque e do cilindro. Considerando o comportamento de gás ideal, determine para o CO2 o trabalho e a transferência de calor, ambos em kJ.

Da Tabela A-1, obtendo o peso molecular de dióxido de carbono

Calculando o volume do tanque usando a seguinte equação

Onde, é a pressão inicial no tanque, é a constante universal dos gases, é a massa de ar no tanque e é a temperatura do ar.

Calculando a massa final do ar no tanque

Calculando a massa do dióxido de carbono que está deixando o tanque aplicando o balanço de massa

Calculando a massa inicial de ar no cilindro usando a seguinte relação

Calculando a massa final de ar no cilindro

Calculando o volume final do ar no sistema

Calculando o trabalho feito pelo cilindro

Aplicando o balanço de energia para o cilindro negligenciando os efeitos de energia cinética e potencial