Fuvest 2009 - 2^a fase

Um grande cilindro, com ar inicialmente à pressão P₁ e temperatura ambiente (T₁ = 300 K), quando aquecido, pode provocar a elevação de uma plataforma A, que funciona como um pistão, até uma posição mais alta. Tal processo exemplifica a transformação de calor em trabalho, que ocorre nas máquinas térmicas, à pressão constante. Em uma dessas situações, o ar contido em um cilindro, cuja área da base S é igual a 0,16 m², sustenta uma plataforma de massa M_A = 160 kg a uma altura H₁ = 4,0 m do chão (situação I). Ao ser aquecido, a partir da queima de um combustível, o ar passa a uma temperatura T₂, expandindo-se e empurrando a plataforma até uma nova altura H₂ = 6,0m (situação II).

NOTE E ANOTE:
PV = nRT; P_atmosférica = P₀ = 1,00 x 10⁵ Pa; 1 Pa = 1 N/m²
Calor específico do ar a pressão constante C_p ≈ 1,0 x 10³ J/(kg-K)
Densidade do ar a 300 K ≈ 1,1 kg/m³

Para verificar em que medida esse é um processo eficiente, estime:
a) A pressão P₁ do ar dentro do cilindro, em pascals, durante a operação. b) A temperatura T₂ do ar no cilindro, em kelvins, na situação II. c) A eficiência do processo, indicada pela razão R = ΔE_p/Q onde ΔE_p é a variação da energia potencial da plataforma, quando ela se desloca da altura H₁ para a altura H₂ e Q, a quantidade de calor recebida pelo ar do cilindro durante o aquecimento.