Questão 128, caderno azul do ENEM 2021 – DIA 2

Carros elétricos estão cada vez mais baratos, no entanto, os órgãos governamentais e a indústria se preocupam com o tempo de recarga das baterias, que é muito mais  lento quando comparado ao tempo gasto para encher o tanque de combustível. Portanto, os usuários de transporte individual precisam se conscientizar dos ganhos ambientais dessa mudança e planejar com antecedência seus percursos, pensando em pausas necessárias para recargas.

Após realizar um percurso de 110km, um motorista pretende recarregar as baterias de seu carro elétrico, que tem um desempenho médio de 5,0 km/kWh, usando um carregador ideal que opera a uma tensão de 220 V e é percorrido por uma corrente de 20 A

Quantas horas são necessárias para recarregar a energia utilizadas nesse percurso?

A) 0,05

B) 0,125.

C) 2,5

D) 5,0

E) 8,0

✍ “Resolução Em Texto”

Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Física (Eletrodinâmica: Potência e Energia Elétrica).
Matemática Básica (Razão e Proporção).

Tema/Objetivo Geral:
Calcular o tempo de recarga de uma bateria relacionando o consumo de energia do veículo (baseado na distância percorrida) com a potência elétrica fornecida pelo carregador.

Nível da Questão
Médio.
Embora as contas sejam simples, o aluno precisa conectar três pontas soltas: a distância percorrida, o rendimento do carro e a potência do carregador. O maior perigo é a confusão com as unidades (Watts vs Quilowatts).

Gabarito
Letra D.
A alternativa está correta pois o carro consumiu 22 kWh de energia na viagem. Como o carregador fornece 4,4 kW de potência, ele levará exatamente 5,0 horas para repor essa energia.

1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo:
A questão quer saber quanto tempo o motorista vai ficar parado esperando o carro carregar.
Para isso, precisamos responder duas perguntas intermediárias:

1. Quanto “combustível” (energia elétrica) o carro gastou na viagem?
2. Qual a velocidade da “bomba de combustível” (potência do carregador)?

Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine que você precisa encher uma Caixa d’Água.

1. Primeiro, você precisa saber quantos litros faltam (Energia Consumida).
2. Depois, você precisa saber a vazão da torneira (Potência do Carregador).
3. Se faltam 22 litros e a torneira joga 4,4 litros por hora, você divide um pelo outro para achar o tempo.
   O verdadeiro desafio aqui é trabalhar com a unidade kWh (Quilowatt-hora) sem se perder.

Plano de Ataque:

1. Calcular a Energia Gasta (E): Usar a distância (110 km) e o consumo (5 km/kWh).
2. Calcular a Potência do Carregador (P): Usar a tensão (220 V) e a corrente (20 A). Atenção: converter para kW!
3. Calcular o Tempo (t): Dividir Energia por Potência.

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Vamos abrir a maleta da Eletricidade.

Ferramenta 1: Consumo do Carro
Funciona como regra de três:

• Se o carro faz 5 km com 1 kWh…
• Quantos kWh ele gasta para fazer 110 km?
• Fórmula: Energia = Distância / Rendimento.

Ferramenta 2: Potência Elétrica (P)

• Fórmula: P = V x i
  • V = Tensão (Volts)
  • i = Corrente (Amperes)
• Conversão Vital: O resultado sairá em Watts (W). Precisamos passar para Quilowatts (kW) dividindo por 1.000, para combinar com a unidade de energia do carro (kWh).

Ferramenta 3: Tempo

• Fórmula: t = Energia / Potência

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos às contas:

Etapa A: O “Rombo” na Bateria (Energia Consumida)
O carro andou 110 km. Ele rende 5 km por kWh.
Energia = 110 / 5
Energia = 22 kWh
(Isso é o que precisamos repor).

Etapa B: A Força do Carregador (Potência)
O carregador usa 220 V e 20 A.
P = 220 x 20
P = 4400 W
Agora, o pulo do gato: Transforme em kW.
P = 4,4 kW

Etapa C: O Tempo de Espera
Temos que encher 22 kWh usando uma fonte de 4,4 kW.
Tempo = 22 / 4,4
Dica de cálculo: É o mesmo que 220 dividido por 44.
Tempo = 5 horas

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO com as Unidades!
Muitos alunos calculam a potência (4400 W) e dividem a energia (22) por 4400. O resultado dá um número minúsculo (0,005).
Por que deu errado? Porque você dividiu kilo (milhares) por unidade (unidades).
Para a conta dar certo, ou tudo está em Watts, ou tudo está em Quilowatts (kW). A dica é converter a potência para kW (4,4), assim as unidades “conversam” e o resultado sai direto em horas.

A Bússola (O Perfil do Culpado):

• Síntese do raciocínio: Gastei 22 kWh. Carrego a 4,4 kW. 22 dividido por 4,4 dá 5.
• Expectativa: O número 5,0.

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

A) 0,05.

• Diagnóstico do Erro: Erro de Unidade (Fator 100).
• Análise: O aluno provavelmente dividiu 22 por 440 (errou a vírgula ou a conversão de potência).

B) 0,125.

• Diagnóstico do Erro: Inversão da conta.
• Análise: Se o aluno dividir a distância pela potência em Watts sem converter (ou outra operação aleatória), pode chegar a números quebrados sem sentido físico.

C) 2,5.

• Diagnóstico do Erro: Metade do tempo.
• 🔄 ENGENHARIA REVERSA: Esta alternativa estaria correta se o carregador fosse duas vezes mais potente (operasse em 440 V ou 40 A, gerando 8,8 kW) ou se o carro tivesse percorrido apenas metade da distância (55 km).
• Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

D) 5,0.

• Análise de Correspondência: Perfeita.
• Análise:
  1. Energia: 110 km / 5 km/kWh = 22 kWh.
  2. Potência: 220 V x 20 A = 4400 W = 4,4 kW.
  3. Tempo: 22 kWh / 4,4 kW = 5 h.
• Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

E) 8,0.

• Diagnóstico do Erro: Erro de cálculo.
• Análise: Valor superestimado. Poderia acontecer se o aluno calculasse a energia errada (ex: multiplicando 110 por 5?) ou subestimasse a potência do carregador.
• Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento:
Para planejar uma viagem elétrica, é preciso dominar a conversão de unidades: ao dividir a energia total consumida (22 kWh) pela potência do carregador convertida para a mesma escala (4,4 kW), descobrimos que são necessárias exatas 5 horas de recarga.

Resumo-flash (A Imagem Mental):
Tanque de 22 litros / Torneira de 4,4 litros por hora = 5 horas enchendo.

🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Conecte isso com a Sustentabilidade.
Essa questão mostra o “calcanhar de Aquiles” dos carros elétricos: a demora. Enquanto encher um tanque de gasolina (que tem uma densidade energética absurda) leva 3 minutos, encher a bateria leva horas. Por isso, a indústria investe hoje em Carregadores Ultra-Rápidos (de até 350 kW!), que fariam esse mesmo serviço em menos de 10 minutos.