Em um motor automotivo, quando a válvula de admissão se abre no cilindro, o pistão se move para baixo e ar entra no cilindro. A seguir, ocorre no cilindro a queima do combustível. Posteriormente, os gases da combustão são descarregados e o pistão se move para cima. O cilindro, durante um intervalo de tempo bastante pequeno, de microssegundos, por exemplo, deve ser considerado um sistema aberto ou fechado? Repita para uma escala de tempo de vários segundos.

Passo 1

O enunciado descreve um cilindro de motor automotivo onde, em cada ciclo, há entrada de ar (admissão), queima do combustível (combustão) e saída dos gases (escape). Pergunta-se se, considerando o cilindro como sistema termodinâmico, ele deve ser tratado como sistema aberto ou fechado em dois intervalos de tempo distintos: um intervalo muito curto (da ordem de microssegundos) e um intervalo de vários segundos.

Passo 2

Um sistema fechado é aquele em que não há troca de massa com o ambiente, só troca de energia. Um sistema aberto permite troca de massa ao longo de suas fronteiras, além de energia. No cilindro, as trocas de massa ocorrem quando as válvulas de admissão ou escape estão abertas.

Passo 3

Em um intervalo de tempo muito curto, da ordem de microssegundos, podemos escolher o instante em que nenhuma das válvulas está abrindo ou fechando (por exemplo, logo após o fechamento da válvula de admissão e antes da abertura da de escape). Nesse micromomento não há fluxo de massa através das válvulas, logo o cilindro não ganha nem perde massa. Portanto, nessa escala de tempo o cilindro se comporta como um sistema fechado.

Passo 4

Em uma escala de tempo de vários segundos o motor executa muitos ciclos completos. Durante cada ciclo há aberturas das válvulas de admissão e escape, com entrada e saída de massa de um ciclo para o outro. Como, ao longo de vários segundos, existe fluxo contínuo de ar e gases através das válvulas, o cilindro deve ser tratado como um sistema aberto.

Resposta

Em microssegundos: sistema fechado.
Em vários segundos: sistema aberto.

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