A Fig. P3.83 mostra um conjunto cilindro-pistão no qual atua uma mola. O cilindro contém água, inicialmente a 1000°F (537,8°C), e a mola está no vácuo. A face do pistão, cuja área é de 20 in2 (0,01 m2), se encontra inicialmente em x1 = 20 in (0,51 m). A água é resfriada até que a face do pistão atinja x2 = 16 in (0,41 m). A força exercida pela mola varia linearmente com x de acordo com a expressão Fmola = kx, em que k = 200 lbf/in (35,0 kN/m). O atrito entre o pistão e o cilindro é desprezível. Para a água, determine

(a) as pressões inicial e final, ambas em lbf/in2.

(b) a quantidade de água presente, em lb.

(c) o trabalho, em Btu.

(d) a transferência de calor, em Btu.

O sistema é o seguinte

a) Vamos desenhar o diagrama de corpo livre para o pistão pra entender as forças que estão agindo no corpo beleza?

Considerando o equilíbrio das forças. A força feita pela mola é igual a força feita pelo pistão

Aqui, é a pressão agindo no pistão, é a área da seção transversal do pistão, é a constante da mola e é o deslocamento.

Calculando a pressão inicial

Calculando a pressão final

b) Pegando as propriedades da água a uma pressão de e temperatura da Tabela A-4E “Propriedades de Vapor de Água Superaquecida”

• Volume específico:
• Energia interna específica:

Calculando o volume inicial de água armazenada pelo cilindro

Calculando a massa de água

c) Calculando o trabalho feito pelo pistão quando ele se desloca de para

O sinal negativa indica que o trabalho é deito no sistema.

d) Calculando o volume específico nas condições finais. Já que não há mudança na massa do fluido no sistema, a massa é constante

Pra calcular a energia final do fluido precisamos das propriedades do vapor superaquecido a pressão de e volume específico da Tabela A-4E “Propriedades de Vapor de Água Superaquecida” interpolando para obter

Calculando a transferência de calor do fluido

O sinal negativo significa que o calor é perdido pelo fluido.