Questão 116 do ENEM 2022
O manual de uma ducha elétrica informa que seus três níveis de aquecimento (morno, quente e superquente) apresentam as seguintes variações de temperatura da água em função de sua vazão:
| Vazão \left(\dfrac{\text{L}}{\text{min}}\right) | \Delta\text{T}\ (^\circ\text{C}) | ||
|---|---|---|---|
| Morno | Quente | Superquente | |
| 3 | 10 | 20 | 30 |
| 6 | 5 | 10 | 15 |
Utiliza-se um disjuntor para proteger o circuito dessa ducha contra sobrecargas elétricas em qualquer nível de aquecimento. Por padrão, o disjuntor é especificado pela corrente nominal igual ao múltiplo de 5\ \text{A} imediatamente superior à corrente máxima do circuito. Considere que a ducha deve ser ligada em 220\ \text{V} e que toda a energia é dissipada através da resistência do chuveiro e convertida em energia térmica transferida para a água, que apresenta calor específico de 4{,}2\ \dfrac{\text{J}}{\text{g}\ ^\circ\text{C}} e densidade de 1\ 000\ \dfrac{\text{g}}{\text{L}}.
O disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é especificado por:
- A60\ \text{A}
- B30\ \text{A}
- C20\ \text{A}
- D10\ \text{A}
- E5\ \text{A}
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Resolução comentada
A corrente máxima ocorre quando a potência é máxima. Pela tabela, isso acontece no nível superquente com vazão de 3\ \text{L/min}, em que \Delta T = 30\ ^\circ\text{C} (mais água aquecida por mais graus exige mais potência; nesse caso a razão \Delta T \cdot vazão é 90, igual à do outro nível superquente, 15 \cdot 6).
A potência é a energia térmica recebida pela água por unidade de tempo: P = \dfrac{m\,c\,\Delta T}{\Delta t}.
- Massa de água por segundo: 3\ \text{L/min} \times 1\,000\ \text{g/L} = 3\,000\ \text{g/min} = 50\ \text{g/s}.
- Potência: P = 50 \times 4{,}2 \times 30 = 6\,300\ \text{W}.
- Corrente: i = \dfrac{P}{U} = \dfrac{6\,300}{220} \approx 28{,}6\ \text{A}.
O disjuntor deve ter corrente nominal igual ao múltiplo de 5\ \text{A} imediatamente superior a 28{,}6\ \text{A}, ou seja, 30\ \text{A}.
Alternativa B.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AMuito acima do necessário; não corresponde a nenhum valor obtido no cálculo da corrente máxima.
- CCorresponde a uma corrente menor que os 28{,}6\ \text{A} exigidos; o disjuntor de 20\ \text{A} desarmaria.
- DSubestima a corrente, por exemplo ao usar o nível morno ou errar a conversão de vazão para g/s.
- EValor muito baixo, incompatível com uma potência de 6\,300\ \text{W} em 220\ \text{V}.
Assuntos: potência elétrica, calorimetria, disjuntor.
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