O diagrama P-V a seguir representa o ciclo de Otto para um motor de combustão interna, como os motores a gasolina ou a etanol, utilizados nos automóveis.
As etapas representadas no diagrama estão descritas no quadro.
Disponível em: www.mspc.eng.br.
Acesso em: 24 fev. 2013 (adaptado).
A transformação da energia térmica em energia útil ocorre na etapa
Esta questão avalia o conceito de ciclo termodinâmico aplicado ao motor de combustão interna (ciclo de Otto), especificamente a identificação de qual etapa converte energia térmica em trabalho útil.
No diagrama P-V, a área delimitada pela curva (marcada com W) representa o trabalho líquido realizado pelo ciclo. Para entender em qual etapa ocorre a transformação de energia térmica em energia útil, é preciso analisar cada processo:
Na etapa III (2→3), ocorre a introdução de energia na forma de calor — a combustão aquece o gás a volume aproximadamente constante. Trata-se da entrada de energia no sistema, e não de sua conversão em trabalho.
Na etapa IV (3→4), ocorre a expansão adiabática: o gás altamente pressurizado e aquecido se expande, empurrando o pistão. Por ser adiabática (sem troca de calor com o exterior), toda a diminuição da energia interna do gás se converte diretamente em trabalho mecânico útil. É o chamado "tempo motor" do ciclo. Portanto, é nessa etapa que a energia térmica acumulada pelo gás se transforma em energia útil (cinética/mecânica).
As demais etapas representam admissão de mistura (I), compressão sem troca de calor (II), rejeição de calor ao ambiente (V) e expulsão dos gases (VI) — nenhuma delas realiza a conversão de energia térmica em trabalho útil.
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