Determinar: em que estado se encontra a água nas seguintes condições:
; volume específico
Passo 1
O enunciado dá:
- Temperatura:
. - Volume específico:
.
O que se pede:
- Determinar em que estado (fase) se encontra a água nessas condições (ou seja: líquido comprimido, líquido saturado, mistura líquido–vapor, vapor saturado ou vapor sobreaquecido).
Passo 2
Ideia e critério para decidir a fase (explicando como aplicar na prova).
- Para uma dada temperatura
existe uma pressão de saturação e, nas condições de saturação, dois volumes específicos característicos: -
: volume específico do líquido saturado (próximo de para água na faixa de temperatura aqui). -
: volume específico do vapor saturado.
-
- Regra prática:
- Se
então é líquido comprimido (sub-resfriado). - Se
então é líquido saturado. - Se
então é mistura líquido–vapor (duas fases); pode-se calcular o título (fração mássica de vapor) por . - Se
então é vapor saturado. - Se
então é vapor sobreaquecido.
- Se
- Portanto, para decidir precisamos conhecer
e (esses valores são fornecidos nas tabelas de vapor saturado).
Passo 3
Obter os valores de saturación a
.
- O valor típico do volume específico do líquido saturado em torno dessa temperatura é muito pequeno; tomo como referência de tabela:
(este valor varia muito pouco com nessa faixa e aparece nas tabelas de vapor saturado.) - Para
podemos obter o valor aproximado a partir da pressão de saturação ou diretamente da tabela. A pressão de saturação é aproximadamente Usando a aproximação do gás ideal para estimar (válida como estimativa neste caso): onde é a constante do vapor d’água (note que ), e em Kelvin é . Assim (Esse valor está consistente com os valores de tabela; tabelas de vapor saturado dão na casa de a .)
Passo 4
Comparação numérica e conclusão sobre a fase.
- Temos:
- Observa-se que
ou seja . Portanto a água está numa mistura saturada (duas fases: líquido + vapor) à temperatura dada.
Passo 5
(Extra útil para prova) calcular o título (fração mássica de vapor)
.
- Fórmula do título:
onde é o volume específico dado. - Substituindo os números:
- Interpretação: cerca de
da massa está na fase vapor e na fase líquida.
Resposta
Mistura saturada (líquido + vapor). Título de vapor
(≈75,5% em massa).