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}.

Passo 1

O enunciado pede para determinar o estado (fase) da água nas condições dadas. Dados do problema:
\mathrm{P}=1{,}0\\ \mathrm{MPa} e \mathrm{temperatura}=200^\circ\mathrm{C}.
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 P existe uma temperatura de saturação T_{\text{sat}}(P): na temperatura igual a T_{\text{sat}}(P) a água pode coexistir como líquido e vapor (mistura saturada).
  • Se a temperatura for menor que T_{\text{sat}}(P), então a água está na região líquida comprimida (subresfriada).
  • Se a temperatura for igual a T_{\text{sat}}(P), a água está saturada (pode ser parte líquida, parte vapor, ou ambos).
  • Se a temperatura for maior que T_{\text{sat}}(P), 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 P < P_{\text{sat}}(T) então, àquela temperatura, a pressão é insuficiente para manter líquido — o fluido é vapor superaquecido; se P = P_{\text{sat}}(T) é saturado; se P > P_{\text{sat}}(T) é líquido comprimido.
Também é útil verificar o ponto crítico: \,T_{\text{crít}}(\mathrm{água})\approx 374{,}14^\circ\mathrm{C}íá e \,P_{\text{crít}}\approx 22{,}064\\ \mathrm{MPa}.í Se estivéssemos acima de ambos, seria estado supercrítico — não é o caso aqui porque 200^\circ\mathrm{C}<374{,}14^\circ\mathrm{C} e 1{,}0\\ \mathrm{MPa}<22{,}064\\ \mathrm{MPa}.

Passo 3

Vamos obter o valor numérico de T_{\text{sat}} correspondente a \mathrm{P}=1{,}0\\ \mathrm{MPa}. Usando tabelas de vapor d’água (tabelas de saturação), temos:
T_{\text{sat}}\bigl(1{,}0\\ \mathrm{MPa}\bigr)\approx 179{,}88^\circ\mathrm{C}.
(Essa temperatura é um valor padrão disponível nas tabelas de propriedades termodinâmicas da água.)

Passo 4

Comparação direta de temperatura:
200^\circ\mathrm{C} \;>\; 179{,}88^\circ\mathrm{C}.
Como a temperatura dada é maior que a temperatura de saturação à pressão dada, concluímos que a água, nessa condição de \mathrm{P}=1{,}0\\ \mathrm{MPa} e 200^\circ\mathrm{C}, encontra-se na região de vapor superaquecido.

Passo 5

Verificação alternativa (mesma conclusão por outro caminho): obter a pressão de saturação à 200^\circ\mathrm{C} pelas tabelas:
P_{\text{sat}}\bigl(200^\circ\mathrm{C}\bigr)\approx 1{,}5549\\ \mathrm{MPa}.
Comparando com a pressão do problema:
1{,}0\\ \mathrm{MPa} \;<\; 1{,}5549\\ \mathrm{MPa} = P_{\text{sat}}(200^\circ\mathrm{C}).
Como a pressão disponível é menor que a pressão necessária para saturar a água a 200^\circ\mathrm{C}, o estado é novamente vapor superaquecido.

Passo 6

Interpretação física curta e encorajamento: isso significa que, à pressão de 1{,}0\\ \mathrm{MPa}, se aquecermos a água até 200^\circ\mathrm{C} 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.

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