Questão de Engenharia Mecânica · FCC TJ-MA 2019 (nº 50)

O trabalho indicado é a energia útil gerada dentro do cilindro do motor em um ciclo completo, enquanto a potência indicada é a taxa com que essa energia é produzida ao longo do tempo. Para um motor de ciclo Otto (4 tempos), um ciclo de trabalho completo ocorre a cada duas rotações do virabrequim.

Cálculo:

1. Trabalho indicado por ciclo ($W_i$): 3.600 J
2. Rotação do motor ($N$): 4.000 rpm (rotações por minuto)
3. Número de ciclos por rotação: Para um motor 4 tempos (ciclo Otto), há 1 ciclo de trabalho a cada 2 rotações do virabrequim.
4. Frequência de ciclos ($f$):
   $f = \frac{N}{2 \text{ (rotações/ciclo)}} = \frac{4.000 \text{ rpm}}{2} = 2.000 \text{ ciclos/minuto}$
   Para converter para ciclos por segundo:
   f = \frac{2.000 \text{ ciclos/minuto}}{60 \text{ s/minuto}} = \frac{100}{3} \text{ ciclos/segundo} \approx 33,33 \text{ ciclos/segundo}\
5. Potência indicada ($P_i$):
   $P_i = W_i \times f$
   $P_i = 3.600 \text{ J/ciclo} \times \frac{100}{3} \text{ ciclos/segundo}$
   $P_i = 120.000 \text{ J/segundo}$
   Como 1 J/s = 1 Watt (W), temos:
   $P_i = 120.000 \text{ W}$
   Para converter para quilowatts (kW), dividimos por 1.000:
   $P_i = \frac{120.000 \text{ W}}{1.000} = 120 \text{ kW}$

(A) Incorreta: Esta alternativa (240 kW) seria obtida se o cálculo não considerasse que o ciclo Otto é de 4 tempos, ou seja, se fosse assumido que há um ciclo de trabalho a cada rotação (como em um motor 2 tempos). A armadilha da banca é esquecer de dividir as rotações por 2.
(B) Correta: O cálculo correto, considerando que um motor de ciclo Otto (4 tempos) realiza um ciclo de trabalho a cada duas rotações do virabrequim, resulta em 120 kW.
(C) Incorreta: O valor é muito baixo e não corresponde a nenhum erro de cálculo comum ou conversão de unidade.
(D) Incorreta: O valor é muito baixo e não corresponde a nenhum erro de cálculo comum ou conversão de unidade.
(E) Incorreta: Este valor (3,6 kW) é apenas o trabalho indicado por ciclo em kJ (3.600 J = 3,6 kJ), sem considerar a frequência dos ciclos para calcular a potência.