Determinar: em que estado se encontra a água nas seguintes condições: ( 1,5 pts)
\mathrm{P}=1,0 \mathrm{MPa}; temperatura
=200^{\circ} \mathrm{C}.
\mathrm{P}=1,0 \mathrm{MPa}; temperatura
=200^{\circ} \mathrm{C}.
Passo 1
O enunciado pede para determinar o estado (fase) da água nas condições dadas. Dados do problema:
e
Queremos dizer se a água está como líquido comprimido (subresfriado), mistura saturada (líquido + vapor), vapor saturado exatamente na fronteira, vapor superaquecido ou supercrítico, etc.
Queremos dizer se a água está como líquido comprimido (subresfriado), mistura saturada (líquido + vapor), vapor saturado exatamente na fronteira, vapor superaquecido ou supercrítico, etc.
Passo 2
Conceitos essenciais (explicação didática e sem pular etapas):
- Para uma substância pura como a água, existe uma curva de saturação que separa as regiões líquido e vapor no diagrama pressão–temperatura. Em cada pressão
existe uma temperatura de saturação : na temperatura igual a a água pode coexistir como líquido e vapor (mistura saturada). - Se a temperatura for menor que
, então a água está na região líquida comprimida (subresfriada). - Se a temperatura for igual a
, a água está saturada (pode ser parte líquida, parte vapor, ou ambos). - Se a temperatura for maior que
, a água está na região de vapor superaquecido (ou simplesmente vapor a temperatura acima da de saturação para aquela pressão). - Alternativamente pode-se comparar a pressão fornecida com a pressão de saturação à dada temperatura: se
então, àquela temperatura, a pressão é insuficiente para manter líquido — o fluido é vapor superaquecido; se é saturado; se é líquido comprimido.
Também é útil verificar o ponto crítico:
e
Se estivéssemos acima de ambos, seria estado supercrítico — não é o caso aqui porque
e
Passo 3
Vamos obter o valor numérico de
correspondente a
. Usando tabelas de vapor d’água (tabelas de saturação), temos:
(Essa temperatura é um valor padrão disponível nas tabelas de propriedades termodinâmicas da água.)
Passo 4
Comparação direta de temperatura:
Como a temperatura dada é maior que a temperatura de saturação à pressão dada, concluímos que a água, nessa condição de
e
, encontra-se na região de vapor superaquecido.
Passo 5
Verificação alternativa (mesma conclusão por outro caminho): obter a pressão de saturação à
pelas tabelas:
Comparando com a pressão do problema:
Como a pressão disponível é menor que a pressão necessária para saturar a água a
, o estado é novamente vapor superaquecido.
Passo 6
Interpretação física curta e encorajamento: isso significa que, à pressão de
, se aquecermos a água até
ela estará totalmente vapor, e além disso estará a uma temperatura acima da temperatura na qual a vaporização ocorreria nessa pressão — portanto é vapor superaquecido. Boa! Isso é um resultado direto de comparar com as tabelas de saturação; pratique esse procedimento com outros pontos e vai ficar automático na prova.
Resposta
Vapor superaquecido.