Exercícios Resolvidos de Sistema, Volume de Controle e Propriedades

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Enunciado

Imagine um conjunto cilindro-pistão com duas válvulas, como mostrado na figura. A função dele é comprimir o ar que entra. Ou seja, ele aumenta a pressão do ar.

A operação desse equipamento pode ser dividida em três etapas:

  1. Admissão de ar: O ar entra através da abertura da vávula 1. Essa entrada de ar empurra o êmbolo para cima.
  2. Compressão de ar: A válvula 1 se fecha e o ar é comprimido pelo êmbolo. Isso aumenta sua pressão e diminui seu volume.
  3. Exaustão do ar: A válvula 2 se abre e o ar a alta pressão é expelido. Esse processo é tão rápido , que não há variação de volume durante ele. Essa etapa torna o equipamento pronto para iniciar um novo ciclo.

Que tipo de sistema devemos utilizar para estudar esse conjunto cilindro-pistão?

Passo 1

O enunciado coloca a gente para pensar sobre a seguinte questão: que tipo de sistema escolhemos, quando estamos estudando um equipamento que em duas etapas têm fluxo de de ar entrando e saindo da fronteira e em uma etapa essa troca de massa com o ambiente não ocorre? Eu digo que esse sistema é um volume de controle ou um sistema fechado?

Ao invés de dar uma resposta única à todas as etapas de operação do conjunto cilindro-pistão, podemos dividir o problema em:

  1. Saber o tipo de sistema, quando existe fluxo de massa atravessando a fronteira.
  2. Saber o tipo de sistema, quando não é permitido o fluxo de massa através da fronteira.

Passo 2

As duas etapas, que têm fluxo de massa cruzando a fronteira, são as etapas que têm uma de suas válvulas aberta:

  1. A admissão de ar, com entrada de ar pela abertura da válvula 1
  2. A exaustão de ar, com saída de ar pela abertura da válvula 2

Nessas duas etapas, podemos considerar o conteúdo de gás, que está dentro do equipamento, como nosso sistema. Nesses dois casos o sistema é um volume de controle, porque a fronteira permite o ar passar por ela.

Passo 3

A etapas, que não tem fluxo de massa cruzando a fronteira, é a etapa com as duas válvulas fechadas: a compressão de ar.

Durante ela, se considerarmos o conteúdo de gás, que está dentro do equipamento, como nosso sistema, a fronteira não permite passagem de ar por ela.

Ou seja, o sistema é um sistema fechado.

Resposta

Nas etapas de admissão e exaustão do ar, o sistema é considerado como um volume de controle. Já na etapa de compressão do ar, o sistema é um sistema fechado.

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