Considere um ciclo (estado inicial e final iguais) constituído por dois processos adiabáticos (1-2 e 3-4) intercalados por um processo isobárico (2-3) e um processo isovolumétrico (4-1).
d-) O ciclo que você analisou representa o ciclo de um motor a diesel, cujas etapas são: (i) após a entrada de ar, este é comprimido pelo pistão até que sua pressão e temperatura se elevem o suficiente para inflamar o óleo que começa a ser injetado ao final da compressão; (ii) a injeção do combustível se dá a uma taxa tal que a combustão ocorre a pressão constante; (iii) os produtos quentes da combustão empurram o pistão para fora e a pressão e temperatura caem; (iv) o gás, a temperatura e pressão superiores à atmosférica, escapa por uma válvula, sem movimento do pistão. Discuta como estas etapas podem ser associadas às transformações do ciclo acima.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre um ciclo termodinâmico que representa o funcionamento de um motor a diesel. A gente vai usar conceitos de termodinâmica, como processos adiabáticos, isobáricos e isovolumétricos, para associar cada etapa do ciclo do motor diesel ao ciclo descrito. Vamos precisar entender o que cada tipo de processo significa e como eles se relacionam com as fases do motor.

Passo 2

Primeiro, vamos entender melhor os processos:
  • Processo Adiabático: É aquele onde não há troca de calor com o ambiente.
  • Processo Isobárico: É aquele onde a pressão se mantém constante.
  • Processo Isovolumétrico (ou Isocórico): É aquele onde o volume se mantém constante.
Agora, vamos ver como cada etapa do motor se encaixa nesses processos.

Passo 3

Etapa (i): Compressão do ar pelo pistão até a inflamação do óleo.
Essa etapa é um processo adiabático porque a compressão do ar pelo pistão acontece rapidamente, sem troca significativa de calor com o ambiente. Nesse processo, tanto a pressão quanto a temperatura do ar aumentam.

Passo 4

Etapa (ii): Injeção do combustível a taxa que permite combustão a pressão constante.
Aqui, a combustão ocorre mantendo a pressão constante, então essa etapa é um processo isobárico. O volume do gás aumenta devido à combustão, mas a pressão não muda.

Passo 5

Etapa (iii): Expansão dos produtos da combustão empurrando o pistão, com queda de pressão e temperatura.
Essa é outra etapa de processo adiabático. Os gases em alta pressão e temperatura expandem, fazendo o pistão se mover para fora, e como não há troca de calor, a pressão e a temperatura dos gases diminuem.

Passo 6

Etapa (iv): Escape dos gases por uma válvula com temperatura e pressão superiores à atmosférica, sem movimento do pistão.
Essa etapa é um processo isovolumétrico porque o volume do sistema não muda (o pistão não se move). Os gases escapam mantendo o volume constante, mas a pressão e a temperatura dos gases no sistema permanecem altas até escaparem.

Resposta

Então, resumindo:
  • Etapa (i) corresponde ao processo adiabático 1-2, onde o ar é comprimido aumentando pressão e temperatura.
  • Etapa (ii) é o processo isobárico 2-3, onde ocorre a combustão mantendo a pressão constante.
  • Etapa (iii) se encaixa no processo adiabático 3-4, com a expansão dos gases e redução de pressão e temperatura.
  • Etapa (iv) representa o processo isovolumétrico 4-1, onde os gases escapam sem mudança de volume.
Dessa forma, cada fase do ciclo do motor a diesel está associada a um dos processos do ciclo termodinâmico descrito.

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