Para resolver este ejercicio tenés que haber estudiado calorimetría (de termodinámica) y caudal (de fluidos). En ese caso entrá de lleno en este ejercicio que es de los mejores.

El único modo que tenemos de abordar la cuestión del aumento de temperatura del agua es a través de la calorimetría, que de lleno nos plantea la existencia de una energía, un calor, Q, que pasa de la resistencia del calefón al tanque de agua.

Q = m . c . (T_F – T₀)

Aparece el problema de la masa. No tenemos una masa de agua a la cual referirnos. En cambio el enunciado nos habla de un caudal. Voy a tratar de relacionarlo. Primero lo expreso en unidades internacionales.

Cau = Vol/Δt = 5 l/min = 8,33 x 10^-5 m³/s

Ahora lo expreso como caudal de masa en lugar de caudal de volumen, así aparece la masa. Acordate que 1 m³ de agua tiene una masa de 1.000.000 g. Entonces:

Cau = m/Δt = 83,3 g/s

En el calefón entran (y salen) 83,3 gramos de agua por segundo, lo cual parece muy razonable. El problema es que la masa no aparece sola, como estamos acostumbrados a usarla en calorimetría, sino dividida por el intervalo de tiempo en el que esa masa de agua entra. Si dividiésemos el primer miembro -el calor- por el mismo intervalo de tiempo, estaríamos expresando la potencia con la que el calefón necesita recibir ese calor... eso me gusta: parece que el problema se reorientara solo.

           Pot = Q/Δt = m/Δt . c_A . (T_F – T₀) = Cau . c_A . (T_F – T₀)

 Pot = 83,3 g/s. 1 cal/g°C . (40°C – 20°C)

 Pot = 1,66 x 10³cal/s = 7 x 10³J/s = 7 x 10³W

La parte eléctrica es sencilla: la potencia con que la resistencia del calefón cede calor es Pot = ΔV . i, de modo que:

i = Pot / ΔV

i = 7 x 10³W / 220 V