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Resistência de chuveiro

Se quanto maior a resistencia de um corpo maior é o calor produzido por ele na passagem da corrente eletrica, alguém sabe explicar porque no chuveiro eletrico está invertido?

Física Eletromagnetismo Geral
4 respostas
Professor Alcides J.
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Respondeu há 1 ano
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O que ocorre no chuveiro elétrico é o seguinte: quanto maior a corrente elétrica que nele passa, maior será a potência elétrica gerada e, conseqüentemente, maior também a energia térmica gerada.

Em um chuveiro nós temos fixa a tensão elétrica de entrada e o valor da resistência que será atravessada pela corrente que alimenta esse chuveiro.

Esse valor fixo da resistência será ajustado conforme a chave seletiva do chuveiro, normalmente com "verão" e "inverno".

Essa corrente que atravessará a resistência do chuveiro será:

Sendo essa tensão normalmente 110 V ou 220 V (os valores padrão para as casas).

A potência elétrica gerada pelo chuveiro será:

Quanto menor a resistência dessa chave de seleção, maior será a potência gerada, pois será maior a corrente atravessando a resistência.

Quanto maior a resistência dessa chave de seleção, menor será a potência gerada, pois será menor a corrente atravessando a resistência.

 

A explicação é simples: mais corrente significa mais elétrons (mais portadores de carga) se movimentando e, com isso, gerando agitação da matéria. Essa maior agitação gera o aumento da temperatura.

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Professor Gustavo P.
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Respondeu há 11 meses
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A natureza é bem simples e sobretudo nesse fenômeno não é diferente. O aquecimento da água em um chuveiros se dá pela transformação da energia elétrica em energia térmica. O primeiro pensamento que devemos ter é a de quem disponibiliza essa energia elétrica para a conversão senão as cargas transitando pelo condutor. Como o chuveiro é um dispositivo de alta potência, isso significa que precisa de grande disposição de energia em pouco tempo, assim precisamos que mais energia chegue ao chuveiro. Dessa forma a resistência elétrica não pode ser muito alta, pois teríamos pouca corrente, lembrando que a resistência é oposição direta a passagem de corrente, portanto devemos diminuir a corrente o suficiente para termos agentes que transporte a energia, entretanto temos que ter certa resistência para que o efeito joule ocorra e o efeito de aquecimento ocorra.

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Professor Sergio L.
Respondeu há 11 meses
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A energia dissipada no resistor do chuveiro é quem aquece a agua que está passando.
A energia dissipada é consequência da passagem da corrente elétrica pelo resistor,
então quanto mais intensa for a corrente, maior será a energia dissipada.
Para isto ocorrer, a resistencia elétrica do condutor deve ser pequena, assim haverá maior intensidade de corrente
e consequentemente maior Potência e maior transformação de energia.

Matematicamente:       onde U é a diferença de potencial (ddp) medida em volts (V) e R é a resistência elétrica do condutor, medida em ohms (?).
A potência do condutor é inversamente proporcional à resistencia elétrica.  Assim uma menor resistencia possibilitará uma maior potência e consquentemente maior energia transformada, fazendo o chuveiro aquecer mais.

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Professor Welken G.
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Respondeu há 10 meses
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Potência em eletrônica é a taxa de realização de trabalho. Resistência é a oposição oferecida contra o fluxo de elétrons. A relação entre potência e resistência é proporcional. Em física, potência e resistência podem ser relacionadas usando duas fórmulas. Neste artigo, estudaremos ambas as relações entre potência e resistência.

Poder e Resistência

A relação entre Poder e Resistência pode ser expressa matematicamente de duas maneiras, como segue:

P = I 2 R

Onde,

  • P é a potência medida em watts
  • R é a resistência medida em ohms
  • I é a corrente elétrica medida em coulombs
P=V²I

Onde,

  • P é a potência medida em watts
  • R é a resistência medida em ohms
  • V é o potencial elétrico medido em volts
Relação de Poder e Resistência

Ambas as fórmulas mencionadas acima dão a relação entre potência e resistência. Considere P = I 2 R a potência elétrica é diretamente proporcional à resistência mantendo I constante. O que implica-

  • Quando a potência aumenta, a resistência também aumenta, mantendo a corrente I constante.
  • Quando a Resistência diminui, a Potência também diminui, mantendo a corrente I constante.

Considerar

P=V²/R
aqui, a potência P é inversamente proporcional à resistência R, o que implica que:

 

Para qualquer diferença de potencial constante

  • Quando a potência é alta, a resistência será baixa.
  • Quando a potência é baixa, a resistência será alta.

Fórmula de potência e resistência

A fórmula de derivação de potência e resistência concretizará a compreensão do conceito. A potência elétrica (P) é a medida da corrente elétrica I com Q coulombs de carga passando por uma diferença de potencial de V volts no tempo t segundos. Matematicamente dada por-

P=VQ/t  =IV
——-(1)

 

Pela lei de Ohm, sabemos que V=IR

Reorganizando-o para nós obtemos,

I=VR

Assim, substituindo-o na equação (1) obtemos-

P=V²/R

Espero que você tenha entendido a relação entre Potência e Resistência, fórmulas junto com as unidades de eletricidade e derivação. Também, conversão de potência e resistência em física e eletrônica.

Tópicos relacionados à física:

Relação entre campo elétrico e potencial elétrico
Relação entre KVA e KW
Relação entre eV e Joule
Relação entre tensão de linha e tensão de fase
 
Coloquei um EXEMPLO DE FLUXOS DE CHUVEIROS, para dar exemplo de potência:
 
Chuveiros elétricos e por que não os recomendamos
 
Por que você (provavelmente) pode fazer melhor do que um chuveiro elétrico
 
Definições:

Chuveiros elétricos – Encanados somente para água fria, eles aquecem a água fria com um elemento elétrico.

Válvula de chuveiro ou misturador de chuveiro – Conectados à água quente e fria, eles misturam as duas para controlar a temperatura.

Chuveiro elétrico – um chuveiro que tem um suprimento de água bombeada para aumentar a pressão da água. Isso se aplica tanto à válvula elétrica quanto à válvula misturadora. A bomba pode ser parte de um chuveiro elétrico montado na parede (barulhento!) ou remoto do chuveiro (geralmente em um sótão ou armário de ventilação). No Reino Unido, você só pode bombear de tanques de água armazenados (“sistemas de aquecimento por gravidade”). Se você tiver um sistema de pressão da rede ou uma caldeira combinada, não precisará de uma bomba. Se você tiver um chuveiro elétrico fornecido pela rede de água fria, não precisará de uma bomba.

Chuveiros Digitais/Inteligentes – Assim como as válvulas de chuveiro/misturadores de chuveiro, mas em vez de uma válvula mecânica que você gira, é um controle digital para uma unidade de mistura remota. Pode haver vantagens nessa abordagem, incluindo:

  • Controles mais fáceis de usar (menos resistência ao movimento ou botões simples de ligar/desligar, incluindo alguns com botões de controle remoto sem fio. Ainda não os vi, mas tenho certeza de que o controle de voz dos chuveiros também é possível).
  • Mais opções de encanamento, permitindo que a unidade de mistura seja mais fácil de acessar para manutenção e reparos.

Termostática – para completar, vamos mencionar esta palavra. São misturadores de chuveiro para que, se o fluxo de água fria diminuir, você não se queime com água quente. Na minha opinião, você deve escolher apenas misturadores termostáticos. Isso é para a segurança de todos que usarem o chuveiro no futuro. Acredito que haja poucas boas razões para especificar um misturador não termostático.

O que é um bom banho (e como sabemos?)

Esta é uma pergunta complicada! Em parte, é subjetivo – o que você considera um bom chuveiro será diferente do que eu considero um bom chuveiro. Em parte, há muitas variáveis ??para resumir em um único número. O desempenho é uma combinação de

  • vazão (há água suficiente para lavar),
  • temperatura (está quente o suficiente para ser agradável),
  • pressão (você gosta de um banho mais suave que a chuva ou de um dilúvio que descama sua pele depois de um dia de trabalho oleoso de engenharia)
  • design funcional (como o chuveiro que você está usando espalha a água sobre você).

Escrever esta parte do post me levou 5 horas de pesquisa, mas a boa notícia é que você receberá o resumo executivo.


Para começar, vou considerar apenas a vazão e perguntar ao Google 'qual é a vazão mínima adequada para um chuveiro?': Resposta – 15 litros por minuto

O que é interessante porque antes de pesquisar para este post eu achava que 8 litros por minuto era bom.

Então testei meu chuveiro em casa (do qual gosto muito) e na configuração de vazão que normalmente uso (número 6 de um máximo de 7), ele liberou 10 litros por minuto.

Isso me diz que eu poderia aceitar confortavelmente menos... então, quanto menos? Reduzi o chuveiro para a configuração 1, a vazão mínima. Decidi que parecia um bom mínimo para mim e não escolheria menos. Bom para mim significa que não havia muita pressão no fluxo de água, mas me deixou confortavelmente molhado. Ainda era melhor do que o chuveiro na casa dos meus sogros [1] (uma nota de rodapé no final, eles testaram para mim), mas não era mais um chuveiro que eu esperaria depois de um fim de semana de caminhada. A configuração 1 fornecia 6 litros por minuto.

E quanto aos padrões de chuveiros definidos pelos governos?

Os padrões para taxas de fluxo são baseados na economia de energia e na eficiência da água, e não na qualidade do banho.

Nos EUA, a Lei de Política Energética Nacional de 1992 determina uma vazão máxima de 9,5 Lpm (ou 2,5 galões americanos por minuto) e há um esquema de etiquetagem de economia de água chamado “ Watersense ” que limita o máximo a 7,6 Lpm (2 galões americanos por minuto).

Na Europa, gostamos que nossos rótulos de economia de energia nos ajudem a diferenciar produtos e o http://www.europeanwaterlabel.eu/ nos fornece um padrão comum a ser cumprido para que um chuveiro seja classificado como A. Agora, o foco aqui não é no que parece ótimo, mas nos custos de funcionamento e no uso de água. Como referência, vou assumir que a classificação de fluxo aqui para um chuveiro classificado como A pode parecer adequada em vez de ótima, mas me dá um limite inferior para o que é uma taxa aceitável. Obviamente, eu adoraria que um ótimo chuveiro usasse menos de 1 litro de água por minuto, mas isso não é realista.

A etiqueta energética define um chuveiro com classificação A como 6 litros por minuto ou menos . Para um chuveiro com classificação B, até 8 litros por minuto ou menos [2]

Estou ficando mais confortável em afirmar que, para mim, "Um bom banho precisa de pelo menos 6 litros de água por minuto", obviamente isso com todas as ressalvas de pressão, design do chuveiro e temperatura da água. Eu também poderia dizer "Um banho com menos de 6 litros de água por minuto provavelmente é OK, mas provavelmente não atende à minha definição de bom".

Quão bom pode ser um chuveiro elétrico?
Gráfico mostrando a vazão de chuveiros elétricos em relação à potência e temperatura
Este gráfico da Mira showers mostra como a potência de um chuveiro elétrico define o quanto você pode aumentar a temperatura da água em diferentes taxas de fluxo. O guia completo está aqui: https://www.mirashowers.co.uk/media/1453/miras-guide-to-electric-showers.pdf

Graças à Science(Physics)™, sabemos uma coisa ou duas sobre como medir energia. É mundano o suficiente para ser ensinado em ciências do GCSE e complicado o suficiente para que eu tenha passado mais de uma hora me lembrando de como os diferentes números se relacionam entre si para entender a relação.

Encontrei um ótimo guia da Mira (fabricante de chuveiros) que explica os chuveiros elétricos em detalhes e inclui um gráfico de vazão mostrando, para diferentes classificações de potência de chuveiros elétricos, quanto calor pode ser adicionado à água em litros por minuto.

Também encontrei este relatório da United Utilities (Richard Critchley) e da Liverpool John Moore University (Dr. David Phipps) que incluía a fórmula para calcular a vazão para qualquer aumento de temperatura e potência (o que me poupou de ter que calcular sozinho - minha memória de física está um pouco enferrujada!)

As taxas de fluxo para chuveiros elétricos geralmente variam entre 3 l/min e 8 l/min e podem ser calculadas a partir da seguinte equação:

Taxa de fluxo (litros/minuto) = 14,3 * classificação de kW / aumento de temperatura (graus C)

Meu chuveiro em casa está ajustado para 39 graus C. A temperatura da água de entrada varia durante o ano, mas hoje, no final de março de 2021, estou medindo a água de entrada em 7,5 graus C. Então, para um chuveiro hoje, estou esperando um aumento de temperatura de 31,5 graus C.

Suponha que eu compre o chuveiro elétrico mais potente. Será que vou conseguir lavar pelo menos 6 litros por minuto hoje?

14,3 * 10,8 kW / 31,5 = 4,9 litros por minuto.

Não, não vou.

E piora, porque às vezes durante o ano a água de entrada principal estará mais fria, digamos que seja 3 graus C. Digamos também que eu gosto da água mais quente (o rótulo da UE Water usa 42 graus C em seus cálculos). Preciso aumentar a temperatura em 39 graus C

14,3 * 10,8 kW / 39 = 3,96 litros por minuto

Para ter o melhor chuveiro elétrico, usarei cerca de 45-50A. Se uma casa normalmente tem um suprimento de 100A, então 2 chuveiros elétricos ao mesmo tempo que outros aparelhos elétricos na casa se tornam impraticáveis. Você também tem que instalar um cabo elétrico adequadamente grande para 10,8kW. Há um bom motivo para tantos chuveiros elétricos usarem menos de 10,8kW. Se você tiver um chuveiro de 7,5kW (cerca de 32 amperes), minha vazão de chuveiro frio de inverno reduz ainda mais para 14,3 * 7,5kW / 39 = 2,75 litros por minuto.

A resposta curta é que muitas vezes durante o ano podemos dizer que um chuveiro elétrico é funcional, mas não podemos dizer que ele é bom.

Então, o que é melhor que elétrico?

Aquecer água consome muita energia.

Foto de um cilindro de água quente com a lateral cortada para mostrar o elemento de aquecimento elétrico
Este cilindro de água quente cortado tem um elemento de imersão de 3 kW

Se você não puder fornecer essa energia rápido o suficiente, então você pode espalhar a mesma energia total por um período maior de tempo. É o que acontece em um cilindro de água quente. Armazenar água em um cilindro bem isolado para reduzir a perda de calor e aquecer a água lentamente. Você pode aquecer isso com um elemento de imersão elétrico como o elemento de 3kW neste cilindro cortado, muito menor do que os elementos em um chuveiro elétrico.

Um cilindro, você diz – isso não é normalmente conectado à caldeira a gás (no Reino Unido)?
Sim, é! O gás é atualmente mais barato do que a eletricidade para aquecer água e nossas casas. Aquecemos água em uma caldeira e a enviamos através do cilindro de água quente para aquecer a água para nosso chuveiro, lentamente, ao longo de um período de tempo. Quando nossa caldeira quebra, podemos usar o elemento de imersão para ainda ter chuveiros quentes.

Tenha uma caldeira grande o suficiente e você pode aquecer água rapidamente sob demanda, que é o que uma caldeira combinada faz. As caldeiras combinadas ainda têm seus limites e geralmente não são usadas em casas com mais de um banheiro usado ao mesmo tempo. Como geralmente já temos uma caldeira para nosso aquecimento central, do ponto de vista do desempenho, a água quente armazenada e as caldeiras combinadas superam os chuveiros elétricos instantâneos.

Então, quando recomendamos chuveiros elétricos aos clientes?

* Quando não temos acesso à água quente armazenada

* Quando não podemos justificar o custo extra de adicionar ou acessar água quente armazenada. Por exemplo, uso ocasional de quartos de hóspedes quando é muito caro ou não é possível rotear canos de água quente.


Notas de rodapé

[Nota de rodapé 1]

Meus sogros testaram o chuveiro elétrico deles para mim. Ele aquece água somente por eletricidade e é alimentado por um tanque de água fria, então tem uma bomba.

  • Entrada 12 graus C (do tanque do loft)
  • Saída: 28 graus C …está muito frio, então vamos supor que estava quente o suficiente para comparar. Talvez tenha esfriado rápido antes que pudessem medir a temperatura.
  • 5 litros em 1m17s = 3,9 litros por minuto.

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