ITA 2017 — Questão 29

Sobre um motor pulso jato como o apresentado na Questão 15, considere verdadeiras as seguintes afirmações:

I. A temperatura de fusão do material que compõe a câmara de combustão é 1500 K, e acima de 1200 K o material do motor começa a sofrer desgaste considerável pelos gases de combustão;

II. O material do motor resiste a pressões de até 30 atm;

III. O motor opera, em cada ciclo termodinâmico, com 0,2 mol de uma mistura de gases com comportamento ideal, iniciando o ciclo em pressão atmosférica e a temperatura de 300 K.

a) A partir destas informações e considerando que se deseja obter, de forma segura, o máximo de trabalho por ciclo, quais devem ser a pressão e a temperatura no ponto de intersecção entre os processos I e II do ciclo termodinâmico (vide Questão 15)?

b) Na mistura de gases que opera em cada ciclo há uma fração de combustível, o qual tem a reação de combustão dada por:

$\mathrm{CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)} \qquad Q_{\mathrm{V}} = 45\ \mathrm{kJ \cdot g^{-1}}$

em que $Q_{\mathrm{V}}$ é o calor liberado a volume constante, por grama de metano. Considerando a capacidade calorífica molar a volume constante da mistura de gases igual a $25\ \mathrm{J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1}}$, qual é a massa de metano utilizada pelo ciclo projetado no item anterior?