Uma determinada massa de ar está contida em um arranjo pistão-cilindro a 600 kPa e 927 °C, ocupando o volume de 0,8 m³. O ar passa por um processo isotérmico (temperatura constante) até que a pressão seja reduzida para 300 kPa. O pistão é então fixado em um local e não é possível movê-lo enquanto ocorre um processo de transferência de calor que faz o ar atingir 27 °C.

1. Esboce o sistema mostrando as energias que atravessam a fronteira e o diagrama P-v para os processos combinados.
2. Para os processos combinados, determine a quantidade líquida de transferência de calor, em kJ, e sua direção.

Considere que o ar tem calores específicos constantes avaliados a 300 K.

O processo 1-2 é isotérmico, enquanto que o processo 2-3 é isométrico. Para o ar R = 0,287 kJ/kgK e = 0,718 kJ/kgK (Tabela A-2a). Dessa forma, a massa de ar contida no cilindro é

O balanço de energia no sistema para o processo 1-3 pode ser expresso por:

O trabalho de expansão isotérmica é dado por:

Substituindo esse valor na equação de balanço de energia:

Como o sinal é trocado em relação a referência adotada, o calor está sendo transferido do sistema para a vizinhança, logo: