Questão 104 do ENEM PPL 2023

2º dia · Ciências da Natureza

Na última década, para melhorar a performance dos motores a combustão e reduzir o consumo, a indústria automobilística tem investido cada vez mais no desenvolvimento dos turbocompressores. O turbocompressor é formado por duas câmaras distintas, chamadas caixa fria e caixa quente. No interior de cada uma dessas caixas, existe um rotor e ambos são interligados por um mesmo eixo. Com a caixa quente instalada no coletor de escapamento, a passagem dos gases faz girar o rotor. Consequentemente, gira também o rotor da caixa fria, produzindo a compressão. Em alguns modelos, é instalado, entre a turbina e a câmara de explosão, um dispositivo denominado intercooler, que é reconhecido como um dos componentes principais para melhorar a performance dos motores turbo. O intercooler é uma espécie de radiador ou, mais especificamente, um permutador de calor. Ele é posicionado entre o turbo e o coletor de admissão, tendo como uma das principais vantagens a redução da temperatura do ar quente que sai do turbo.

Disponível em: www.turbocenter.com.br. Acesso em: 21 nov. 2019 (adaptado).

O ar que sai do turbo está em alta temperatura porque

  1. A
    sofreu uma compressão isocórica.
  2. B
    sofreu uma compressão adiabática.
  3. C
    sofreu uma transformação isotérmica.
  4. D
    recebeu diretamente calor dos gases aquecidos do sistema de escape.
  5. E
    recebeu diretamente calor do motor a combustão que está em alta temperatura.
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Resolução comentada

O ar que entra na caixa fria é comprimido pelo rotor. Esse processo é rápido demais para haver troca significativa de calor com o ambiente, então é uma compressão adiabática (Q \approx 0).

Pela 1ª lei da termodinâmica:

\Delta U = Q - W

Sem troca de calor, Q = 0. Na compressão, o gás recebe trabalho, ou seja, W < 0. Logo:

\Delta U = -W > 0

A energia interna de um gás ideal aumenta com a temperatura. Portanto, o ar esquenta porque o trabalho realizado sobre ele se converte em energia interna, sem que ele receba calor de nenhuma fonte.

É por isso que o intercooler é necessário: ele retira esse calor do ar comprimido antes de ele chegar ao coletor de admissão.

Analisando as demais opções:

  • Compressão isocórica seria a volume constante, sem compressão de fato.
  • Transformação isotérmica manteria a temperatura constante, o que contradiz o texto.
  • Os gases quentes do escapamento passam pela caixa quente e só transferem movimento ao eixo. Eles não se misturam com o ar da caixa fria.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ATransformação isocórica ocorre a volume constante, o que não é compressão.
  • CNuma transformação isotérmica a temperatura não muda, contrariando o aquecimento do ar.
  • DO ar da caixa fria não recebe calor direto dos gases de escape; as caixas são separadas e só o eixo as liga.
  • EO aquecimento vem do trabalho de compressão, não de calor transferido pelo motor.

Assuntos: termodinâmica, transformação adiabática, primeira lei da termodinâmica.

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