P-3: 20 lbm de refrigerante R-600a ocupam 70 \mathrm{ft}^{3} de um arranjo pistão-cilindro sem atrito, a uma temperatura de 68^{\circ} \mathrm{F}. O recipiente é aquecido até a temperatura de 212^{\circ} \mathrm{F}. Determine o volume final ocupado pelo R-600a, o trabalho de fronteira e o calor fornecido ao gás refrigerante, em BTU.
Passo 1
Temos 20 lbm de R-600a ocupando 70 f
a
F, aquecidos até
F num arranjo pistão-cilindro sem atrito. Como não há atrito nem variação de carga, o processo se dá à pressão praticamente constante (equilíbrio pistão-atmosfera). Vamos tratar o refrigerante como gás ideal de massa molar
lbm/lbmol e constantes de capacidade calorífica aproximadas:
Logo,
Passo 2
Calculamos a temperatura absoluta inicial e final em Rankine:
O volume específico inicial é
Da equação de estado do gás ideal, a pressão constante vale
Passo 3
Em processo isotérmico de pressão constante, o volume varia proporcionalmente à temperatura absoluta, portanto
Passo 4
O trabalho de fronteira é
Passo 5
Pela primeira lei do gás ideal em processo aberto,
Resposta
Volume final:
Trabalho de fronteira:
Calor fornecido:
Trabalho de fronteira:
Calor fornecido: