Um expansor recebe
de ar a 1600 kPa e 300 K . Na saída, a pressão e temperatura do ar são de 400 kPa e 300 K , respectivamente. Admita que o processo ocorra de maneira reversível e isotérmica. Determine a taxa de transferência de calor e a potência realizada no processo.
Gás ideal:
Passo 1
O enunciado descreve um expansor operando em regime permanente, recebendo ar ideal a
no estado 1 com
e
e descarregando no estado 2 com
e
. O processo é reversível e isotérmico. Vamos usar a primeira lei para sistema aberto (dispositivo de fluxo permanente) e a expressão do trabalho reversível de expansão isotérmica de gás ideal.
Passo 2
Pela primeira lei em regime permanente, desprezando energia cinética e potencial,
Como é isotérmico e o ar é gás ideal,
. Logo
Passo 3
O trabalho reversível de expansão isotérmica de gás ideal por unidade de massa é
onde
e
. A potência é
Passo 4
Substituindo os valores,
Calculando numericamente,
Passo 5
Como
, a taxa de transferência de calor é
Resposta
Taxa de calor recebida pelo ar:
Potência do expansor (trabalho realizado):
Potência do expansor (trabalho realizado):