Enunciado

Um conjunto cilindro-pistão (Fig. P4.44) contém 1   k g de R-134a no estado 1, a 110   ° C e 600   k P a . O fluido é então resfriado até a condição de vapor saturado, estado 2, enquanto o pistão é mantido bloqueado por meio de um pino. Em seguida, o pistão é balanceado com uma força adicional externa constante e o pino é removido. O resfriamento continua até o estado 3, onde o R-134a é líquido saturado. Mostre o processo total em um diagrama P - V , e determine o trabalho em cada uma das etapas, de 1 para 2, e de 2 para 3.

Passo 1

Vamos lá, pessoal! Vamos analisar os processos. O R134-a é nosso volume de controle, no estado 1 nós temos a temperatura e a pressão, então fica fácil achar o volume específico na Tabela B.5.2:

v 1 = 0,04943   m 3 / k g

O enunciado diz que nesse estado, 1 para 2, o pistão é mantido bloqueado, então o volume não se altera:

v 2 = v 1 = 0,04943   m 3 / k g

No estado 3, até atingir a pressão constante P , o volume específico é igual ao volume específico do líquido saturado na Tabela:

v 3 = v l = 0,000794   m 3 / k g

Pronto, agora podemos montar nosso diagrama P - V , que tem essa cara:

Passo 2

O trabalho é a área abaixo da curva, certo? Mas percebe que no processo de 1 para 2, como não alteração do volume, nós não temos realização de trabalho. Assim,

W 1 → 2 = 0

Só nos resta o trabalho no processo 2 para 3:

W 2 → 3 = ∫ 2 3 P d V = P V 3 - V 2 = m P ( v 3 - v 2 )

Substituindo os valores:

W 2 → 3 = 1 415,8 0,0 00794 - 0,04943 = - 20,22   k J

Resposta

D i a g r a m a   P - V

W 1 → 2 = 0

W 2 → 3 = - 20,22   k J

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