A compressão do combustível em um motor a gasolina pode ser aproximada a um processo adiabático. Considere o estado inicial do combustível definido por volume de 1 litro, pressão 1 bar e temperatura 27
; além disso, o ar é composto apenas pelo gás majoritário e o motor trabalha com uma taxa de compressão
(isto é, o volume final é
).
A) Determine a pressão e a temperatura no estado final “comprimido” do combustível. Qual a consequência destes valores para a escolha do combustível adequado?
B) Explique como o trabalho de compressão afeta a energia interna do sistema ar+combustível.
A) Determine a pressão e a temperatura no estado final “comprimido” do combustível. Qual a consequência destes valores para a escolha do combustível adequado?
B) Explique como o trabalho de compressão afeta a energia interna do sistema ar+combustível.
Passo 1
O enunciado descreve a compressão adiabática de uma mistura a
ombustível, modelada como gás ideal diatômico (razão de calores específicos
). O estado inicial é
,
,
, e o volume final é
, isto é, taxa de compressão
. Vamos usar as leis da termodinâmica para processos adiabáticos reversíveis e a primeira lei para sistemas fechados.
Passo 2
Num processo adiabático reversível de gás ideal vale
onde para ar diatômico tomamos
. Logo,
Em graus Celsius,
Passo 3
Também para adiabático reversível de gás ideal,
Passo 4
Esses valores elevados de pressão
e temperatura
aumentam o risco de autoignição antes da centelha, o que causa batida de pino (knock). Portanto, é necessário usar combustíveis com alta temperatura de autoignição, ou seja, alto número de octanas, para evitar pré-ignição e danos ao motor.
Passo 5
Pela primeira lei da termodinâmica para sistema fechado:
onde
(adiabático) e
é o trabalho feito sobre o gás. Logo,
Isto significa que o trabalho de compressão é totalmente convertido em aumento da energia interna, elevando a temperatura do sistema.
Resposta
A)
e
. Consequência: escolher combustível de alta octanagem para evitar pré-ignição.
B) Em adiabático , todo o trabalho de compressão é convertido em energia interna
, elevando a temperatura do gás.
B) Em adiabático