Questão 91 do ENEM 2023 — Física
Na última década, para melhorar a performance dos motores a combustão e reduzir o consumo, a indústria automobilística tem investido cada vez mais no desenvolvimento dos turbocompressores. O turbocompressor é formado por duas câmaras distintas, chamadas caixa fria e caixa quente. No interior de cada uma dessas caixas, existe um rotor e ambos são interligados por um mesmo eixo. Com a caixa quente instalada no coletor de escapamento, a passagem dos gases faz girar o rotor. Consequentemente, gira também o rotor da caixa fria, produzindo a compressão. Em alguns modelos, é instalado, entre a turbina e a câmara de explosão, um dispositivo denominado intercooler, que é reconhecido como um dos componentes principais para melhorar a performance dos motores turbo. O intercooler é uma espécie de radiador ou, mais especificamente, um permutador de calor. Ele é posicionado entre o turbo e o coletor de admissão, tendo como uma das principais vantagens a redução da temperatura do ar quente que sai do turbo.
Disponível em: www.turbocenter.com.br. Acesso em: 21 nov. 2019 (adaptado).
O ar que sai do turbo está em alta temperatura porque
Resolução comentada
A questão pede a causa física do aquecimento do ar na saída do turbocompressor, o que envolve a Primeira Lei da Termodinâmica aplicada a um gás comprimido.
No turbo, o rotor da caixa fria comprime o ar muito rapidamente. Como o processo é veloz, praticamente não há tempo para o gás trocar calor com o ambiente: Q ≈ 0. Pela Primeira Lei, ΔU = Q − W. Na compressão o gás recebe trabalho do ambiente, então W é negativo e, com Q ≈ 0, ΔU = −W > 0. Ou seja, a energia interna do ar aumenta, e com ela a temperatura.
É exatamente por isso que o intercooler existe: o ar já sai quente da compressão e precisa ser resfriado antes de entrar no motor, pois ar mais frio é mais denso e permite queimar mais combustível por ciclo.
A resposta é o ar sofreu uma compressão adiabática. Compressão isocórica seria a volume constante, mas comprimir é justamente reduzir o volume. Transformação isotérmica manteria a temperatura constante, contrariando o enunciado. As opções que falam em receber calor diretamente dos gases do escapamento ou do motor erram porque o ar da caixa fria é separado da caixa quente: o rotor da turbina só transmite movimento pelo eixo, não calor ao ar comprimido.