Considerando a água como substancia pura determine as propriedades para os estados abaixo e esboce os pontos em um diagrama Pv qualitativamente.
Pressão (kPa) = 525, Título = 1
Pressão (kPa) = 525, Título = 1
Passo 1
O enunciado dá um estado de água (substância pura) com as seguintes informações:
- Pressão:
. - Título (qualidade):
.
O que é pedido:
- Determinar as propriedades essenciais desse estado (pelo menos: temperatura de saturação e o volume específico) e identificar o estado físico.
- Esboçar qualitativamente o ponto no diagrama
.
Passo 2
Entendendo o que é “título” e como usar as tabelas de vapor:
- O título
(qualidade) é a fração em massa de vapor na mistura líquido–vapor. A definição é:
- Para qualquer propriedade específica
(por exemplo ) de uma mistura saturada vale:
onde
é o valor da propriedade no líquido saturado e
no vapor saturado.
- Como
, isso simplifica muito: a propriedade da mistura é exatamente a propriedade do vapor saturado:
- A temperatura de saturação
é a temperatura na qual a água entra em ebulição à pressão dada. Para obter e as propriedades exatas usa-se a tabela de vapor saturado (tabelas de água/steam tables) à pressão escolhida.
Passo 3
Determinar a temperatura de saturação correspondente a
:
- Pela tabela de vapor saturado (registro padrão: pressão ↔ temperatura), a pressão
corresponde aproximadamente à temperatura de saturação
(Observação: na prova, se tiver tabela, consulte a linha
para o valor exato; aqui uso o valor típico arredondado.)
Passo 4
Determinar o volume específico
do vapor saturado (já que
,
).
- Uma estimativa rápida e didática pode ser feita aproximando o vapor saturado por um gás ideal para obter
como ordem de grandeza. A expressão do gás ideal (em forma conveniente para vapor) é:
onde
é a constante específica da água vapor:
.
- Converter a temperatura para Kelvin:
- Aplicando a fórmula com
:
- Interpretação: esse valor é uma boa aproximação do
; se a tabela de vapor saturado estiver disponível na prova, o valor tabulado de para será muito próximo de .
Passo 5
Estado físico e outras propriedades:
- Como
, o estado é vapor saturado (também chamado de vapor seco saturado). - Todas as propriedades específicas que dependem da fase (volume específico
, energia interna , entalpia , entropia ) assumem os valores do vapor saturado à pressão dada:
- Para obter
use a tabela de vapor saturado na linha . Na ausência da tabela na prova, pode-se citar que estes valores são os correspondentes ao vapor saturado àquela pressão; normalmente o enunciado ou a folha de propriedades fornece a tabela ou permite consulta.
Passo 6
Como esboçar qualitativamente o ponto no diagrama
:
- Desenhe a curva de saturação (o “domo” de Maxwell) no plano
(vertical) versus (horizontal). A curva tem duas ramificações: a esquerda (líquido saturado, ) e a direita (vapor saturado, ). - Trace uma linha horizontal no valor
. Essa linha intercepta o domo em dois pontos: o ponto da esquerda é líquido saturado ( ) e o ponto da direita é vapor saturado ( ). - Marque o ponto da direita (ramo vapor) e anote nele
e . - Observação qualitativa: para pressões menores que a crítica, o domo existe; se
fosse maior que (≈22 060 kPa para a água) não haveria domo. Aqui está bem abaixo da crítica, então o ponto está sobre a borda direita do domo.
Resposta
Estado: vapor saturado (vapor seco saturado), pois