Enunciado

Conforme ilustrado na Fig. P3.37, Refrigerante 134a está contido em um conjunto cilindro-pistão inicialmente como vapor saturado. O refrigerante é aquecido lentamente até que sua temperatura seja 160°C. Durante o processo, o pistão se move suavemente no cilindro. Para o refrigerante, avalie o trabalho, em kj/kg.

Passo 1

Ooopa, beleza?

Vamos lá pra mais uma questão bem interessante e simples de termodinâmica!

Passo 2

O sistema dado do problema é mostrado na figura abaixo

Passo 3

Assumindo que a pressão permanece constante durante o processo, já que o pistão se move lentamente no cilindro.

Avaliando o trabalho para para expansão a pressão constante devido a pressão do fluido

W = ∫ V 1 V 2 p d V = m ∫ V 1 V 2 p d V

Resolvendo a integral usando os volumes específicos

W m = p v 2 - v 1

Passo 4

Desenhando o diagrama de corpo livre do pistão:

Passo 5

Aplicando o balanço de força para achar a pressão dentro do cilindro

p r e f A p i s t = p a t m A p i s t + W p i s t

→ p r e f = p a t m + W p i s t A p i s t = 1   b a r 10 5   P a 1   b a r + 471,1   N π 0,02   m 2 / 2 = 16 ⋅ 10 5   P a = 16   b a r

Passo 6

O Refrigerante 134a no estado 1 está no estado de vapor saturado. Obtendo o volume específico em p = 16   b a r da Tabela A-11 “Propriedades de Refrigerante 134a Saturado (Líquido-Vapor) – Tabela de Pressão”

v 1 = v g = 0,0121   m 3 / k g

Obtendo o volume específico do Refrigerante 134a em p = 16   b a r e temperatura final T f = 160 ° C e Tabela A-12 “Propriedades de Vapor de Refrigerante 134a”

v 2 = 0,02017   m 3 / k g

Passo 7

Resolvendo para a Equação de trabalho obtida no Passo 2, temos que

W m = p v 2 - v 1 = 16 ⋅ 10 5 P a 0,02017 - 0,0121 m 3 / k g = 12,912   k J / k g

Resposta

W m = 12,912   k J / k g

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