Para cada uma das condições abaixo, determine a propriedade faltante da água, indique a fases ou as fases presentes, e esboce em um diagrama
o estado. ( Identifique os valores dos estados no diagrama
e também
e
, utilize curvas isobáricas).
e
. Encontre a pressão em bar.
Passo 1
O que o enunciado dá e o que pede (tudo que é relevante):
- Temperatura:
. - Volume específico:
. Vou assumir que esse é o volume específico, ou seja (caso contrário, sem massa não dá para interpretar como propriedade específica). - O que pedem: determinar a propriedade faltante (a pressão), indicar as fases presentes e esboçar o estado num diagrama
(identificando e , usando curvas isobáricas). - Resumo do objetivo prático: decidir se o estado é líquido comprimido, mistura saturada ou vapor superaquecido e então obter a pressão correspondente (em bar).
Passo 2
Conceitos úteis (explicação didática e passo-a-passo do que vamos usar)
- Para uma substância pura (água) abaixo do ponto crítico, existe uma curva de saturação (a “cúpula” no diagrama
). Para uma dada temperatura a pressão de equilíbrio entre líquido e vapor é a pressão de saturação . - Nas tabelas de vapor saturado, para cada
achamos: = volume específico do líquido saturado e = volume específico do vapor saturado. - Regra prática para determinar a fase a partir de
e : - Se
: líquido comprimido (pressão ). - Se
: mistura líquido–vapor saturada (pressão ). - Se
: vapor superaquecido (pressão ).
- Se
- Portanto primeiro precisamos dos valores
e à temperatura (retirados das tabelas de vapor saturado).
Passo 3
Obter
,
e
em
(uso de tabela de vapor saturado)
- Consultando as tabelas de vapor saturado (tabelas padrões de termodinâmica para água) para
, obtém-se (valores de tabela; estes números vêm das tabelas de vapor saturado para água): -
. -
. -
(ou ).
-
- Observação pedagógica: estes números são retirados das tabelas de vapor saturado; para fazer a prova deve-se ter a tabela e ler os valores correspondentes à temperatura dada.
Passo 4
Determinar a fase comparando
com
e
- Dado
e os valores da tabela: -
. -
.
-
- Como
o estado está dentro da cúpula de saturação: é uma mistura saturada (mistura líquido–vapor) à temperatura dada. - Consequência prática: para uma mistura saturada à temperatura
a pressão é a pressão de saturação correspondente, ou seja .
Passo 5
Calcular a pressão e a qualidade (fração mássica de vapor) — passo a passo didático
- Porque é mistura saturada, a pressão é simplesmente a pressão de saturação a
. Logo - Para compreensão adicional (útil na prova): pode-se calcular a qualidade
(fração mássica de vapor) a partir do volume específico: Substituindo os valores (e lembrando que é muito pequeno): Isso significa aproximadamente em massa como vapor saturado e o restante como líquido saturado — ou seja, é uma mistura com predominância de vapor. - Interpretação física rápida: o ponto está dentro da cúpula, próximo à curva do vapor saturado (pois
está perto de ), então é quase todo vapor.
Passo 6
Como esboçar o diagrama
e marcar as informações pedidas (guia prática para desenhar na prova)
- Desenho da cúpula (forma de sino): eixo vertical
, eixo horizontal . - Marcar a linha da saturação: do lado esquerdo a curva
(líquido saturado), do lado direito a curva (vapor saturado). A cúpula é a região entre essas duas curvas. - Marcar a isoterma
como uma linha horizontal que corta a cúpula em dois pontos: no ponto esquerdo e no ponto direito . Nessas interseções, a pressão é . - Colocar o ponto do estado: em
e (no interior da cúpula, à esquerda de mas muito próximo dele). - Desenhar curvas isobáricas: a isobárica correspondente a
é uma linha que cruza a cúpula precisamente na isoterma (essas isobáricas correm pela esquerda como líquido comprimido e pela direita como vapor superaquecido; dentro da cúpula elas representam o processo de mudança de fase a pressão constante). - Identifique no esboço os valores numéricos:
, , e o ponto .