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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 56

Conforme ilustrado na Fig. P3.57, um conjunto cilindro-pistão contém 0,1 kg de propano a uma pressão constante de 0,2 MPa. A transferência de energia por calor ocorre lentamente para o propano, e o volume do propano aumenta de 0,0277 m3 até 0,0307 m3. O atrito entre o pistão e o cilindro é desprezível. A pressão atmosférica local e a aceleração da gravidade são de 100 kPa e 9,81 m/s2, respectivamente. Os efeitos das energias cinética e potencial relativos ao propano são desprezíveis. Para o propano, determine (a) as temperaturas inicial e final, em °C, (b) o trabalho, em kJ, e (c) a quantidade de calor transferida, em kJ.

Passo 1

Oiii tudo bem?

Vamos lá pra mais uma questão bem interessante e simples de termodinâmica! Um problema bem interessante e prático pra gente se divertir um pouco hehe.

Passo 2

É dado que:

  • Massa de propano: m = 0,1   k g
  • Pressão constante: p = 0,2   M P a
  • Volume inicial: V 1 = 0,0277   m 3
  • Volume final V 2 = 0,0307   m 3
  • Pressão atmosférica: p a t m = 100   k P a

Passo 3

a) Calculando os volumes específicos

v 1 = V 1 m = 0,0277   m 3 0,1   k g = 0,277   m 3 / k g

v 2 = V 2 m = 0,0307   m 3 0,1   k g = 0,307   m 3 / k g

Das tabelas de Propano Superaquecido para p = 0,2   M P a

  • Para v 1 = 0,277   m 3 / k g → T 1 = 30 ° C
  • Para v 2 = 0,307   m 3 / k g → T 2 = 6 0 ° C

Passo 4

b) Já que o volume muda e a pressão é constante, o trabalho é dado por

W 1 - 2 = ∫ 1 2 p d V = p V 2 - V 1 = 0,2 0,0307 - 0,0277 10 6 1 k J 10 3 N ⋅ m = 0,6   k J

Passo 5

c) Pelo equilíbrio de energia, temos

Δ U + Δ E C + Δ E P = Q 12 - W 12 → Q 12 = W 12 + m u 2 - u 1

Da tabela temos que 0,2   M P a = 2   b a r

Q 12 = 0,6 + 0,1 524,3 - 476,3 = 5,4   k J

Resposta

a) T 1 = 30 ° C e T 2 = 60 ° C

b) W 1 - 2 = 0,6   k J

c) Q 12 = 5,4   k J

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