Questão 116 do ENEM 2022 — Física
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:
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 A imediatamente superior à corrente máxima do circuito. Considere que a ducha deve ser ligada em 220 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 e J/gº C densidade de 1 000 g/L
O disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é especificado por:
Resolução comentada
A potência dissipada é P = (vazão em massa)×calor específico×ΔT. Convertendo a vazão para g/s e testando as combinações da tabela, o maior valor aparece no nível superquente, tanto com 3 L/min (50×4,2×30 = 6300 W) quanto com 6 L/min (100×4,2×15 = 6300 W). Essa é a potência máxima que o disjuntor precisa suportar: I = 6300/220 ≈ 28,6 A, e o múltiplo de 5 A imediatamente superior é 30 A.
Quem testa só uma das vazões (por exemplo, apenas 3 L/min) pode achar que a corrente máxima é menor e escolher um disjuntor de 20 A; mas o vazamento maior de água (6 L/min) com ΔT menor entrega exatamente a mesma potência máxima, então o pior caso precisa ser considerado nas duas vazões.