Questão 15: Qual das afirmações que seguem não é verdadeira em relação ao Ciclo Diesel?
a) O processo de expansão é um processo isentrópico.
b) O processo de combustão é um processo a volume constante.
c) O processo de exaustão é um processo a volume constante.
d) O processo de compressão é um processo adiabático.
e) N.D.A.

Passo 1

O enunciado pergunta: “Qual das afirmações que seguem não é verdadeira em relação ao Ciclo Diesel?” e dá as alternativas:
a) O processo de expansão é um processo isentrópico.
b) O processo de combustão é um processo a volume constante.
c) O processo de exaustão é um processo a volume constante.
d) O processo de compressão é um processo adiabático.
e) N.D.A.
Não há outros dados numéricos — é uma questão conceitual sobre os processos ideais que compõem o ciclo Diesel. Vou analisar cada alternativa e explicar os conceitos necessários para entender por que uma delas é falsa.

Passo 2

Entendendo o que é “adabático” e “isentrópico” (aula rápida e intuitiva).
  • Um processo adiabático é um processo sem troca de calor com o ambiente; em termos de calor, isso significa Q=0. É o que a palavra diz: “a-dia-bático” = sem calor.
  • Um processo isentrópico é um processo em que a entropia do sistema permanece constante; em expressão, \Delta S=0.
  • Para um processo ideal serentópico é necessário que ele seja adiabático e reversível ao mesmo tempo. Em muitos ciclos ideais (como Otto e Diesel) a compressão e expansão são ideais e reversíveis, então são tratados como isentrópicos.
  • Para um gás ideal submetido a um processo isentrópico (adiabático reversível) vale a relação conhecida:
P V^{\gamma}=\text{constante},
onde \gamma é a razão de capacidades térmicas C_P/C_V. Essa fórmula é útil para reconhecer processos isentrópicos em diagramas P\!-\!V.

Passo 3

Analisando a alternativa (d): “O processo de compressão é um processo adiabático.”
  • No modelo ideal do ciclo Diesel, a compressão do ar antes da injeção do combustível é tratada como adiabática e reversível (ou seja, isentrópica). Portanto, afirmar que a compressão é adiabática está correto na idealização.
  • Conclusão parcial: (d) é verdadeira.

Passo 4

Analisando a alternativa (a): “O processo de expansão é um processo isentrópico.”
  • No ciclo Diesel ideal, após a queima do combustível o gás (mistura ar-combustível nos modelos) expande fazendo trabalho sobre o pistão. Essa expansão é modelada como adiabática e reversível no ciclo ideal, logo é isentrópica.
  • Usamos novamente a relação \;P V^{\gamma}=\text{constante}\; para descrever essa expansão isentrópica.
  • Conclusão parcial: (a) é verdadeira.

Passo 5

Analisando a alternativa (b): “O processo de combustão é um processo a volume constante.”
  • Aqui é onde muitas pessoas se confundem: no ciclo Otto (motor de ignição por centelha) a adição de calor (combustão) é idealmente modelada como a adição de calor a volume constante. Por isso o Otto tem queima à volume constante.
  • No ciclo Diesel, a queima (adição de calor) é idealmente modelada como ocorrendo a pressão aproximadamente constante enquanto o pistão ainda se move — isto é, a combustão ocorre durante parte do curso, com injeção contínua, e o modelo ideal representa isso como uma etapa de calor a pressão constante. Em notação:
\text{no ciclo Diesel: etapa de aquecimento } 2\to 3 \text{ é } P=\text{constante}.é
  • Portanto dizer que a combustão no Diesel é a volume constante está incorreto; essa descrição corresponde ao ciclo Otto, não ao Diesel.
  • Conclusão parcial: (b) é falsa.

Passo 6

Analisando a alternativa (c): “O processo de exaustão é um processo a volume constante.”
  • No ciclo Diesel ideal as quatro etapas comumente listadas são:
    1. 1\to2 compressão isentrópica (adiabática reversível),
    2. 2\to3 adição de calor a pressão constante (combustão),
    3. 3\to4 expansão isentrópica (adiabática reversível, trabalho útil),
    4. 4\to1 rejeição de calor a volume constante (retorno ao estado inicial).
  • A etapa 4\to1 é a rejeição de calor modelada como processo a volume constante no ciclo Diesel ideal (difere do Otto que rejeita calor também a volume constante, mas a adição de calor é diferente entre os ciclos).
  • Observação prática: num motor real as fases do ciclo (admissão, compressão, combustão, escape) têm detalhes diferentes, mas no modelo termodinâmico ideal essas são as etapas adotadas.
  • Conclusão parcial: (c) é verdadeira dentro do modelo ideal.

Passo 7

Comparando todas as alternativas com as conclusões:
  • (a) verdadeira (expansão isentrópica no ciclo ideal).
  • (b) falsa (combustão no Diesel é a pressão constante, não volume constante).
  • (c) verdadeira (rejeição de calor modelada como volume constante).
  • (d) verdadeira (compressão adiabática no modelo ideal).
  • (e) implicaria que nenhuma das anteriores é falsa, o que não é o caso.

Passo 8

Conclusão final: a alternativa que NÃO é verdadeira em relação ao ciclo Diesel é a alternativa (b).

Resposta

b)

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