Considerando a água como substancia pura determine as propriedades para os estados abaixo e esboce os pontos em um diagrama Pv qualitativamente.
Pressão (kPa) = 850, V. Específico (m³/kg) = 0,2
Pressão (kPa) = 850, V. Específico (m³/kg) = 0,2
Passo 1
O que o enunciado dá e o que pede (claro e direto):
-
Dados:
- Pressão:
. - Volume específico:
.
- Pressão:
-
O que é pedido:
- Identificar a fase/estado da água no ponto dado (líquido comprimido, mistura saturada — “vapor úmido” — ou vapor superaquecido).
- Determinar as propriedades relevantes nesse estado (temperatura de saturação
se for saturado, volumes específicos saturados e , e a qualidade se for mistura). - Esboçar qualitativamente onde o ponto fica num diagrama
- .
Passo 2
Conceitos essenciais (explicados passo a passo, como numa aula rápida):
- Para uma substância pura (água) existe, para cada pressão, uma temperatura de saturação
e dois volumes específicos na fronteira da mescla saturada: -
= volume específico do líquido saturado (próximo de para águas a altas pressões). -
= volume específico do vapor saturado (muito maior que ).
-
- Se
então é líquido comprimido; se então é vapor superaquecido; se então é mistura saturada (vapor úmido) e podemos definir a qualidade (fração em massa de vapor). - Fórmula da qualidade:
daí - Observação prática:
é muito pequeno comparado a para pressões na faixa MPa, então quando é da ordem de a normalmente está entre e (mistura), salvo se for muito grande (superaquecido).
Passo 3
Pegar os valores da tabela de vapor saturado (explicando que é o procedimento padrão em provas):
- Para aplicar a verificação precisamos dos valores de
e e de à pressão dada. Esses valores vêm das tabelas de vapor saturado da água (tabelas de propriedades termodinâmicas). - Valores retirados da tabela de vapor saturado para
(valores arredondados para três algarismos significativos, típicos de tabelas): -
(volume do líquido saturado) -
(volume do vapor saturado) -
-
- Observação sobre as fontes: estes números foram obtidos em tabelas de vapor saturado (tabelas padrão). Em prova, copie os valores da tabela fornecida ou da sua folha de consulta.
Passo 4
Comparar o volume específico dado com os volumes saturados para identificar a fase:
- Temos
e . - O volume dado é
. - Verificação numérica (toda em TeX):
- Conclusão:
está entre e , portanto o estado é uma mistura saturada (vapor úmido) à pressão dada.
Passo 5
Calcular a qualidade
(passo-a-passo com a fórmula e as contas feitas para a prova):
- Fórmula:
- Substituindo os números (todos em TeX):
- Primeiro calcule numerador e denominador separadamente:
- Dividindo (mostrar a conta para que se possa repetir sem calculadora, aqui basta a operação):
- Interpretação:
significa que cerca de da massa está na fase vapor e está na fase líquida — é um vapor bastante seco (próximo do lado vapor do domo).
Passo 6
Temperatura de saturação e como obter outras propriedades (o que fazer se a prova pedir entalpia ou energia interna):
- A temperatura de saturação correspondente à pressão
é (valor da tabela). - Se for necessário obter entalpia específica
ou energia interna do estado mistura, usa-se a mesma ideia de mistura linear:
onde
são os valores nas tabelas para líquido e vapor saturados à pressão dada. Em prova, pegar esses valores da tabela e aplicar a fórmula com o
calculado. (Aqui não calculei
e
porque não foram solicitados explicitamente e exigiriam os números da tabela.)
Passo 7
Como esboçar qualitativamente o ponto no diagrama
-
(instrução passo-a-passo para desenhar na prova):
- Desenhe o domo de saturação (curva típica em forma de cúpula).
- No eixo vertical coloque a pressão e marque
com uma linha horizontal atravessando o domo. - No eixo horizontal coloque
(volume específico). Marque os pontos à esquerda e à direita na interseção dessa linha horizontal com as bordas do domo. - O ponto dado
fica entre e , bem próximo ao lado direito (lado vapor) porque está perto de . Marque o ponto dentro do domo, perto da borda do vapor, e escreva . - Comentário visual útil para a prova: o ponto está dentro do domo (mistura saturada), em uma linha horizontal que representa isobárico à
.
Passo 8
Resumo prático (como responder rápido na prova):
- Verifique em que intervalo
cai comparando com e . - Se for mistura, calcule
com a fórmula dada e use os valores de e da tabela. - Se pedirem
, , etc., leia os valores de saturado na tabela para aquela pressão e faça interpolação se necessário (ou use direto se a tabela fornecer o valor exato para 850 kPa).
Resposta
Fase: mistura saturada (vapor úmido)
(valores da tabela de vapor saturado a
)
Qualidade:
Qualidade: