Enunciado

Um gás em um conjunto cilindro-pistão percorre um ciclo termodinâmico composto por 3 processos:

Processo 1-2: compressão com p V = c t e ,   p 1 = 1   b a r ,     V 1 = 2 m 3   a t é   V 2 - 0,2 m 3 , U 2 - U 1 = 100   k J .

Processo 2-3: volume constante até p 3 = p 1

Processo 3-1: pressão constante e processo adiabático.

Determine o trabalho resultante do ciclo, em kJ, e a transferência de calor para o processo 2-3, em kJ. Esse é o ciclo de potência ou refrigeração? Explique.

Passo 1

Falaaa pessoal, como vocês estão? Bom, bora pra mais uma questão desse assunto!

Pra resolver essa questão, vamos assumir que se trata de um sistema fechado, que as energias cinética e potencial vão ser desconsideradas para o ar, e que não há fricção.

Para o trabalho do ciclo total, temos a soma dos trabalhos de cada processo. Para W 12 , temos que:

W 12 = ∫ v 1 v 2 ρ d V = p 1 V 1 1,4 V 2 - 4 - V 1 - 4 - 0,4 = - 38,3   B t u

Para o processo 2-3, temos que W 23 = 0 .

Finalmente para o processo 3-1, temos que:

W 31 = ∫ v 3 v 1 ρ d V = p V 1 - V 3 = 50 3 - 1 144 1 1 778 = 18,51   B t u

De posse desses dados, temos o trabalho do ciclo:

W c i c l o = - 19,79   B t u

Passo 2

E logo, o balanço de energia se reduz a Q c i c l o = W c i c l o .

Ou seja,

Q 23 + Q 31 = W c i c l o → Q 23 = W c i c l o - Q 31

Q 3 = V 1 - V 3 + W 31

Logo,

Q 23 = - 19,79 - 65,21 = - 85   B t u

Resposta

W c i c l o = - 19,79   B t u

Q 23 = - 85   B t u

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