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1- Consideremos como sistema o gás contido no conjunto cilindro - êmbolo mostrado na figura abaixo. Observe que vários pesos pequenos estão colocados sobre o êmbolo. A pressão inicial é de 200 kPa e o volume inicial do gás é de 0,04 m3. APLICAÇÃO 1 Coloquemos um bico de Bunsen embaixo do cilindro e deixemos que o volume do gás aumente para 0,1 m3, enquanto a pressão permanece constante. Calcular o trabalho realizado pelo sistema durante esse processo. Resposta: 12 kJ b) Consideremos o mesmo sistema e as mesmas condições iniciais, porém, ao mesmo tempo que o bico de Bunsen está sob o cilindro e o êmbolo se levanta, removamos os pesos deste, de tal maneira que durante o processo a temperatura do gás se mantém constante até V= 0,1 m3. Calcule o trabalho, considerando o processo politrópico Isotérmico n=1.Resposta: 7,33 kJ c) Consideremos o mesmo sistema porém, durante a transferência de calor, removamos os pesos de tal maneira que a expressão p.V1,3 = constante descreva a relação entre a pressão e o volume durante o processo. Novamente, o volume final é 0,1 m3. Calcular o trabalho. Resposta: 6,41 kJ 2 2 - Um conjunto cilindro - pistão opera a pressão constante e, inicialmente, contém 0,2 kg de vapor saturado de água a 400 kPa. O conjunto é resfriado até que o volume da água se torne igual a metade do inicial. Determine o trabalho realizado nesse processo. 3 APLICAÇÃO 4.64 - A figura abaixo mostra um conjunto cilindro pistão que contém refrigerante R-22. Quando o pistão está encostado nos esbarros, o volume interno é igual a 11 litros. No estado inicial a temperatura é - 30 ºC, a pressão é 150 kPa e o volume da câmara é igual a 10 litros. O sistema é então aquecido até que a temperatura atinja 15 ºC. Pergunta-se: a) O pistão está encostado nos esbarros no estado final? ( sim ) b) Qual é o trabalho realizado neste processo? ( 0,15 kJ ) - Supondo que não tivesse os esbarros, o volume final seria: - Interpolação entre 10 e 20 °C a pressão de 0,15 Mpa. - Assim, o trabalho realizado será devido ao movimento de fronteira a pressão constante 0,15 Mpa. 4 APLICAÇÃO 1- Um conjunto cilindro - pistão sem atrito contém 0,2 kg de água. Inicialmente o pistão está apoiado na parte superior dos esbarros e o interior do cilindro encontra-se a pressão de 100 kPa e título de 30 %. A massa do pistão é tal que torna-se necessária uma pressão mínima no interior do cilindro no valor de 600 kPa para equilibrá-lo. A água é então aquecida até 350 °C. Determine a pressão final, o volume final e o trabalho realizado neste processo. - Estado Inicial 1: “Vapor Superaquecido” - Provável Estado “2”: - Outro método: Encontrar a temperatura equivalente ao estado de equilíbrio. “Vapor Superaquecido” T(°C) v (m3/kg) 350 0,47424 Teq. 0,5089 400 0,51372 Teq.=393,896 °C 5 APLICAÇÃO 1- Um conjunto cilindro - pistão sem atrito contém 0,2 kg de água. Inicialmente o pistão está apoiado na parte superior dos esbarros e o interior do cilindro encontra-se a pressão de 100 kPa e título de 30 %. A massa do pistão é tal que torna-se necessária uma pressão mínima no interior do cilindro no valor de 600 kPa para equilibrá-lo. A água é então aquecida até 350 °C. Determine a pressão final, o volume final e o trabalho realizado neste processo. - Estado Inicial 1: TP500 (°C) vP500 (m3/kg) TP600 (°C) vP600 (m3/kg) 250 0,47436 350 0,47424 TP500 0,5089 TP600 0,5089 300 0,52256 400 0,51372 TP500=286,05 °C TP600=393,9 °C T(°C) P (kPa) 286,05 500 350 PT350 393,9 600 PT350= 559,29 kPa - Estado 2: “Vapor Superaquecido” 6
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