Determinar: em que estado se encontra a água nas seguintes condições: ( 1,5 pts)
\mathrm{P}=2,0 \mathrm{MPa}; volume específico
=0,14 \mathrm{~m}^{3} / \mathrm{kg}

Passo 1

O que o problema pede e o que temos: determinar em que estado (líquido comprimido, mistura saturada ou vapor superaquecido) se encontra a água dadas as seguintes informações fornecidas pelo enunciado:
P=2,0\\ \mathrm{MPa}
\text{volume específico } v=0,14\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}í
Então a pergunta é: “com essa pressão e esse volume específico, a água está em qual estado?”

Passo 2

Conceito-chave e critério de classificação (a “regra prática” que vamos usar):
  • Para uma dada pressão \,P\)\,, as propriedades de saturação (obtidas em tabelas de vapor d'água) dão dois volumes específicos importantes: \[v_f(P)\quad\text{(volume específico do líquido saturado)}
v_g(P)\quad\text{(volume específico do vapor saturado)}í
  • A classificação em função do volume específico \,v é: \begin{cases} v < v_f(P) &\Rightarrow \text{líquido comprimido (sub-resfriado)}\\[4pt] v_f(P)\le v \le v_g(P) &\Rightarrow \text{mistura saturada (liquido+vapor)}\\[4pt] v > v_g(P) &\Rightarrow \text{vapor superaquecido} \end{cases}í
Explicando em miúdos: comparamos o (v] dado com os volumes saturados à mesma pressão; dependendo se está menor, entre ou maior que esses valores, concluímos o estado.]

Passo 3

Obter os valores de referência nas tabelas de saturação para \,P=2,0\\ \mathrm{MPa}.
(Estes valores são os dados das tabelas de vapor saturado para água à pressão indicada.)
Da tabela de água saturada a P=2,0\\ \mathrm{MPa} temos, aproximadamente:
v_f(2,0\\ \mathrm{MPa}) = 0,001157\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}
v_g(2,0\\ \mathrm{MPa}) = 0,09963\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}
(e a temperatura de saturação associada seria \,T_{sat}\approx 212,4^\circ\mathrm{C}, que só serve de referência).

Passo 4

Comparemos o volume específico fornecido com os volumes saturados obtidos:
v_f(2,0\\ \mathrm{MPa}) = 0,001157\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}
v_g(2,0\\ \mathrm{MPa}) = 0,09963\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}
v_{\text{dado}} = 0,14\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}

Passo 5

Analisando as desigualdades:
v_{\text{dado}} = 0,14\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg} > v_g(2,0\\ \mathrm{MPa}) = 0,09963\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}
Também é claro que
v_{\text{dado}} \gg v_f(2,0\\ \mathrm{MPa}) = 0,001157\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}.
Pelo critério do Passo 2, como v > v_g, a água encontra-se no estado de vapor superaquecido (ou seja, vapor cuja densidade/volume específico é menor/maior que o vapor saturado à mesma pressão — aqui o volume específico é maior).

Passo 6

Interpretação física rápida e dica para prova: significa que, à pressão dada, se você quisesse que a água fosse vapor saturado teria que ter no máximo v_g=0,09963\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}; como o volume por kg é maior ( 0,14), as moléculas estão mais “espalhadas” que no vapor saturado — é vapor superaquecido. Em prova: sempre compare v com v_f e v_g na mesma pressão (ou, alternativamente, compare a pressão dada com a pressão de saturação a partir de v).

Resposta

Vapor superaquecido.

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