ENEM 2023 PPL — questão 91 de Física
Enunciado em texto
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
A sofreu uma compressão isocórica.
B sofreu uma compressão adiabática.
C sofreu uma transformação isotérmica.
D recebeu diretamente calor dos gases aquecidos do sistema de escape.
E recebeu diretamente calor do motor a combustão que está em alta temperatura.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: por que o ar sai quente do turbo — e o enunciado já entrega a pista ao contar que existe um intercooler justamente para resfriá-lo.
Passo 1 — o que o turbo faz com o ar. O rotor da caixa fria comprime o ar de admissão. Comprimir é reduzir volume fazendo trabalho sobre o gás.
Passo 2 — a 1ª lei da termodinâmica. . A compressão é rapidíssima — o ar atravessa o compressor em uma fração de segundo — e não dá tempo de trocar calor com a vizinhança: . É uma transformação adiabática.
Com e trabalho realizado sobre o gás, a energia interna aumenta. Energia interna maior significa temperatura maior.
Passo 3 — descarte as outras.
• Isocórica (A) é a volume constante — mas o compressor existe justamente para reduzir o volume.
• Isotérmica (C) é, por definição, a temperatura constante: seria a negação da pergunta.
• As duas últimas (D e E) falam em receber calor diretamente do escapamento ou do motor. As duas caixas do turbo são separadas: os gases quentes passam só pela caixa quente, girando o rotor. O que passa de uma para a outra é movimento pelo eixo, não calor.
O detalhe que fecha o raciocínio: se o ar esquentasse por contato com o escapamento, bastaria isolar melhor as caixas. Como ele esquenta pela própria compressão, não tem como evitar — daí o intercooler, que resfria depois. Ar mais frio é mais denso, cabe mais oxigênio no cilindro, e o motor rende mais.
Resposta: alternativa B (compressão adiabática).
Resolução em vídeo
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