Determinar a fase e as propriedades que faltam (
e x ) para a água nas seguintes condições:
e
;
Passo 1
O que o enunciado dá e o que pede:
- Dado:
e . - Pede: a fase e as propriedades que faltam —
e .
Observação: o enunciado já fornece
e
. Vou precisar comparar
com os volumes saturados a
para identificar a fase; depois calcular
e as demais propriedades apropriadas ao estado encontrado.
Passo 2
Valores de referência (peguei estes valores das tabelas de vapor saturado para
; são valores tabelados aproximados):
- Pressão de saturação:
. - Volume específico do líquido saturado:
. - Volume específico do vapor saturado:
. - Entalpia do líquido saturado:
. - Calor latente:
. - Entalpia do vapor saturado:
. - Entropia do vapor saturado:
.
(essas são aproximações compatíveis com tabelas usuais; use a tabela oficial da prova se exigir maior precisão.)
Passo 3
Determinar a fase comparando
com
e
:
-
. -
e .
Como
, o estado está além do vapor saturado: é vapor superaquecido (superaquecido à temperatura dada). Em mistura saturada teríamos
, o que não é o caso.
Logo: fase = vapor superaquecido (estado gasoso seco, não uma mistura). Consequência: a qualidade
(definida apenas para mistura) não é aplicável aqui.
Passo 4
Calcular a pressão
usando uma aproximação de gás ideal para vapor (método adequado quando o vapor está superaquecido e a pressão não é muito alta).
- Constante específica do vapor d’água:
. - Converter temperatura para Kelvin:
. - Lei dos gases (forma prática):
(com em kPa se em kJ/kgK, em K e em m^3/kg, lembrando a conversão final).
Cálculo:
Nota pedagógica: essa pressão é menor que
, o que confirma que, à mesma temperatura, um vapor com volume maior que
tem pressão menor que a pressão de saturação (estado superaquecido).
Passo 5
Determinar a entalpia
.
- Para vapor ideal (ou vapor superaquecido próximo do ideal), a entalpia depende essencialmente da temperatura, não (fortemente) da pressão. Assim uma boa aproximação é usar
do vapor saturado à mesma temperatura, isto é (valor tabelado). - Peguei
.
Portanto:
Passo 6
Determinar a energia interna
.
Relação termodinâmica básica:
logo
Cálculo (converter
para kPa e usar
em kJ/kg via divisão por
):
(Arredondei:
.)
Passo 7
Determinar a entropia
.
Para vapor superaquecido tratando-o como gás ideal, usa-se a relação entre entropia em duas pressões à mesma temperatura:
Rearranjando:
onde
é a entropia do vapor saturado à temperatura
(peguei
).
Cálculo:
Passo 8
Resumo físico e observações finais:
- Estado: vapor superaquecido (não é mistura).
- A qualidade
não é aplicável para estado superaquecido (só faz sentido quando há mistura saturada). Pode-se dizer “não aplicável” ou se calcular por extrapolação, mas a forma correta é indicar “não aplicável”.
Força final: você identificou a fase comparando volumes específicos com os valores de saturação; usou uma aproximação de gás ideal para obter
e relações de gás ideal para ajustar
; e usei valores tabelados de
à temperatura dada para
. Se a prova exigir mais precisão, use a tabela de superaquecimento (tabela de vapor superaquecido) para
e
e adote os valores exatos dali.
Resposta
Fase: vapor superaquecido.
(aprox.;
).
.
.
.
.
.