Questão 93 do ENEM 2016 — Ciências da Natureza

A questão aborda um dos processos de propagação de calor mais presentes no nosso dia a dia: a convecção térmica.

A convecção ocorre em fluidos (líquidos e gases) e é impulsionada pela diferença de densidade causada pela variação de temperatura. Podemos entender isso analisando a fórmula da densidade ($\rho$), que é a razão entre a massa ($m$) e o volume ($V$):

$\rho = \frac{m}{V}$

Quando o ar é resfriado pelo ar-condicionado, a sua temperatura diminui, o que provoca uma contração térmica (diminuição do volume $V$). Como a massa ($m$) permanece a mesma, essa redução de volume faz com que a densidade ($\rho$) do ar aumente. Por ser mais denso (mais "pesado"), o ar frio tende a descer.

Por outro lado, o ar quente que já estava no cômodo possui uma temperatura maior, logo, está mais expandido (maior volume $V$) e é menos denso (mais "leve"), tendendo a subir.

Se o ar-condicionado for instalado na parte superior da parede, o ar frio que ele lança no ambiente descerá naturalmente. Ao descer, ele empurra o ar quente para cima, exatamente para onde está o aparelho. O ar-condicionado então capta esse ar quente, resfria-o, e o ciclo recomeça.

Esse movimento contínuo forma as chamadas correntes de convecção, que garantem que todo o ar do cômodo seja resfriado de maneira uniforme. Se o aparelho fosse instalado próximo ao chão, o ar frio ficaria estagnado na parte de baixo e o ar quente na parte de cima, dificultando a mistura térmica e exigindo que o aparelho consumisse muito mais energia para tentar resfriar o ambiente inteiro.

Analisando as alternativas:

• A) Incorreta. Embora o ar-condicionado retire umidade do ar, isso não justifica a sua instalação na parte superior para fins de economia de energia.
• B) Incorreta. A intenção do isolamento térmico é justamente diminuir a troca de calor com o meio externo, e não aumentar a condução térmica.
• C) Incorreta. O escoamento da água é uma questão de instalação hidráulica e gravidade, não tendo relação com a eficiência térmica de resfriamento do ar do cômodo.
• D) Correta. A posição superior facilita a formação das correntes de convecção (ar frio desce, ar quente sobe), otimizando a circulação e o resfriamento do cômodo com menor esforço do aparelho.
• E) Incorreta. O aparelho retira calor do ambiente interno e o transfere para o ambiente externo; ele não emite calor para dentro do cômodo.

Portanto, a alternativa correta é a D.