Determine o estado da água a:
e 5 kPa
Passo 1
O que o enunciado pede e o que foi dado:
- Pedido: determinar o estado (líquido comprimido / mistura saturada / vapor superaquecido) da água nas condições fornecidas.
- Dados fornecidos:
- Temperatura:
. - Pressão:
.
- Temperatura:
Passo 2
Conceito chave (explicado devagar e sem pulo de etapas):
- Para uma substância pura como a água, existe uma curva de saturação que relaciona temperatura e pressão onde líquido e vapor coexistem.
- A temperatura de saturação associada a uma dada pressão é
. Alternativamente, a pressão de saturação associada a uma dada temperatura é . - Comparação para classificar o estado:
- Se
, a água, na pressão dada, está como líquido comprimido (também chamado de sub-resfriado). - Se
, a água está em condição saturada (pode ser mistura líquido+vapor, ou exatamente líqu. saturado / vapor saturado dependendo da qualidade). - Se
, a água, na pressão dada, está como vapor superaquecido.
- Se
- Em provas o procedimento prático é: obter
correspondente à pressão dada (ou obter correspondente à temperatura dada) consultando as tabelas de vapor d’água (steam tables) e comparar.
Passo 3
Como obter
na prática (duas maneiras que podem ser usadas em prova):
- Método A (direto): consultar a tabela que dá
em função de e ler . - Método B (alternativo): consultar a tabela que dá
em função de . Se então (ou seja, vapor superaquecido); se então .
Passo 4
Aplicando o Método A usando dados da tabela de vapor (steam tables):
- Peguei da tabela os pontos próximos para interpolar:
- A
corresponde (valor obtido da tabela). - A
corresponde (valor obtido da tabela).
- A
- Quero a temperatura de saturação
tal que . - A curva de saturação é aproximadamente exponencial quando se olha
versus , então uma interpolação linear em é mais adequada do que interpolação direta em . A fórmula de interpolação que uso é: Aqui é a pressão dada ( ), e são os pontos da tabela escolhidos. - Substituindo os números (todos em LaTeX):
- Resultado:
(valor aproximado obtido por interpolação usando a tabela).
Passo 5
Comparação e conclusão:
- A temperatura dada é
. - Encontramos
. - Como
, a água, à pressão de , está em estado de vapor superaquecido. - (Observação alternativa rápida: se consultar a tabela em que se dá
para , encontra-se . Como , isso também indica que é temperatura maior que a de saturação à pressão de — conclusão idêntica: vapor superaquecido.)
Passo 6
Dica prática para a prova (e um incentivo amigo):
- Se a tabela de vapor estiver disponível, procure primeiro se há uma linha com
; se houver, leia diretamente . Se não houver, faça interpolação como mostrei. Isso é rápido e confiável. - Anota na resposta final: “vapor superaquecido”. Se pedirem propriedades (volume específico, entalpia), aí sim use a tabela de vapor superaquecido para
e . - Você está indo bem — essa comparação simples é a forma padrão de decidir o estado em problemas de termodinâmica. Confia que é um passo simples e rápido na prova.
Resposta
Vapor superaquecido.