Questão 104 caderno azul ENEM 2023 PPL

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.

Resolução em Texto

📚 Matérias Necessárias para a Solução

Termodinâmica (transformações gasosas).
Física dos motores e turboalimentadores.

🔢 Nível da Questão

🔹Médio/Difícil – Exige conhecimento de transformações termodinâmicas e a capacidade de interpretar um fenômeno físico aplicado a motores.

✅ Gabarito

Alternativa B (Compressão Adiabática).

📝 Resolução Passo a Passo

🔍 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

A questão nos apresenta o funcionamento do turbo de um motor e pergunta por que o ar que sai do turbo está quente.

🔎 Objetivo: Identificar qual fenômeno físico explica o aumento de temperatura do ar ao sair do turbo.

💡 Dica inicial para não cair na pegadinha!

A temperatura do ar aumenta porque ele foi comprimido.
Isso significa que a resposta deve envolver um processo de compressão.
Agora, precisamos identificar qual tipo de compressão ocorre.

📖 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários

Para resolver essa questão, precisamos entender três conceitos básicos:

1. O que faz um turbo?

Um turbo usa gases do escape do motor para girar uma turbina.
Essa turbina está conectada a um compressor que comprime o ar que entra no motor.
Com o ar comprimido, há mais oxigênio disponível na combustão, aumentando o desempenho do motor.
Durante a compressão do ar, sua temperatura aumenta.

2. Transformações Gasosas e Trocas de Calor

Em termodinâmica, as transformações gasosas podem ocorrer de várias formas. As três mais comuns são:

1️⃣ Isocórica (volume constante) → Se o volume não muda, o gás não se expande nem se contrai. ❌
2️⃣ Isotérmica (temperatura constante) → A temperatura do gás não muda, pois ele troca calor com o ambiente. ❌
3️⃣ Adiabática (sem troca de calor) → Se um gás é comprimido rapidamente, ele aquece sem perder calor para o ambiente! ✅

3. Compressão Adiabática – O Segredo do Turbo!

O ar que entra no motor é comprimido rapidamente pelo turbo.
Essa compressão acontece tão rápido que não há tempo para perder calor para o ambiente.
Isso significa que a energia do movimento das moléculas do ar aumenta, elevando sua temperatura!

📌 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto

Agora, vamos interpretar os pontos-chave do enunciado:

📌 O enunciado nos diz que o turbo possui duas câmaras:

Caixa quente: Recebe os gases do escapamento.
Caixa fria: Comprime o ar antes de enviá-lo para o motor.

📌 Foco da pergunta:

“O ar que sai do turbo está em alta temperatura porque…?”
O que aconteceu com esse ar antes de sair do turbo? Ele foi comprimido!

🚨 Pegadinha da questão: Muitos alunos podem achar que o ar está quente porque recebeu calor do motor (alternativas D e E). Mas isso não é verdade!

✅ Na verdade, a temperatura aumentou porque o ar foi comprimido muito rápido, sem tempo de trocar calor com o ambiente (processo adiabático).

✨ Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio

Vamos entender por que a compressão aquece o gás:

Imagine que você pega uma bomba de encher pneu de bicicleta e tampa a saída de ar.
Se você pressionar rapidamente o êmbolo da bomba, sentirá a mangueira esquentando.
Isso acontece porque o volume de ar diminuiu rapidamente e, como o calor não teve tempo de escapar, a temperatura do gás aumentou!

📌 Esse é o mesmo princípio do turbo dos motores!

📝 Passo 5: Análise das Alternativas

Agora que entendemos a lógica, vamos analisar uma por uma:

(A) Sofreu uma compressão isocórica. ❌
- Por que está errada?
  - Compressão isocórica significa volume constante, mas aqui o ar foi comprimido, então o volume mudou.

(B) Sofreu uma compressão adiabática. ✅ CORRETO!
- Por que está certa?
  - O ar foi comprimido rapidamente, sem tempo para perder calor para o ambiente.
  - Como resultado, a temperatura aumentou.

(C) Sofreu uma transformação isotérmica. ❌
- Por que está errada?
  - Em um processo isotérmico, a temperatura não muda.
  - Mas sabemos que a temperatura do ar aumentou!

(D) Recebeu diretamente calor dos gases aquecidos do sistema de escape. ❌
- Por que está errada?
  - O turbo usa a energia dos gases para girar a turbina, mas o ar não recebe calor diretamente desses gases!
  - O aquecimento ocorre pela compressão adiabática, e não por condução térmica.

(E) Recebeu diretamente calor do motor a combustão que está em alta temperatura. ❌
- Por que está errada?
  - O motor aquece o ambiente, mas o ar do turbo não recebe calor diretamente do motor!
  - A principal causa do aquecimento é a compressão rápida (adiabática).

🎯Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

A questão exige que compreendamos como funciona um turbo e qual fenômeno físico explica o aumento da temperatura do ar comprimido.

📌 Resumo da Resolução:

O turbo comprime o ar rapidamente, o que aumenta sua temperatura.
Como a compressão acontece rápido demais, não há tempo de perder calor para o ambiente.
Isso caracteriza uma compressão adiabática.