Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 14
Uma massa de 2,4 kg de ar a 150 kPa e 12 °C está contida em um arranjo pistão-cilindro bem vedado, que não sofre atrito. O ar é então comprimido até a pressão final de 600 kPa. Durante esse processo, calor é transferido do ar para o ambiente externo de maneira que a temperatura dentro do cilindro permanece constante. Calcule o trabalho realizado sobre o ar nesse processo.
Passo 1
Queremos a calcular o trabalho de fronteira de uma compressão isotérmica de ar a 12 °C indo de 150 kPa no estado 1 para 600 kPa no estado 2.
Para resolver o problema, devemos considerar o ar como um gás ideal. Portanto, temos que encontrar o valor da constante do gás (R) do ar na Tabela A-2a (página 909). Ao consultar a tabela, podemos observar que o valor de R para o ar é de 0,2870 kJ/kgK.
Organizando os dados para esse problema, temos:
Passo 2
Para calcular o trabalho de fronteira, devemos antes calcular os volumes ocupados pelo ar nos estados 1 e 2.
Primeiro, devemos calcular o volume de ar a partir da temperatura e pressão no primeiro estado, respectivamente 285 K e 150 kPa:
Agora, calculamos o volume de ar a partir da temperatura e pressão no segundo estado, 285 K e 600 kPa:
Resposta
Agora podemos calcular o trabalho realizado no processo. A equação para calcular o trabalho de um processo isotérmico é dada por:
Substituindo os valores das variáveis:
O sinal negativo indica que trabalho foi realizado sobre o sistema.