Determine o estado da água a:
e 25 kPa
Passo 1
O enunciado pede para determinar o estado físico da água nas condições fornecidas. Dados dados pelo enunciado:
- Temperatura:
. - Pressão:
.
A pergunta implícita é: a água nessas condições está como líquido (comprimido/subresfriado), como vapor (superaquecido) ou como mistura saturada (líquido + vapor)?
Passo 2
Conceito essencial (explicação didática simples): para saber o estado da água em um par
comparamos a pressão real
com a pressão de saturação àquela temperatura, que chamamos de
.
- Se
, a água está na condição de equilíbrio de fase — pode ser uma mistura saturada (parte líquida, parte vapor) ou exatamente saturada líquida/vapor. - Se
, a pressão é maior do que a necessária para vaporizar àquela temperatura: a água não pode existir como vapor — ela está no estado líquido comprimido (também chamado de subresfriado). - Se
, a pressão é menor do que a necessária para manter fase líquida àquela temperatura: o estado é vapor superaquecido (se todo o fluido for vapor) ou, se houver mistura, a temperatura estaria acima da temperatura de saturação correspondente à pressão.
Em resumo, a regra prática que vamos usar é comparar
com
.
Passo 3
Obter
. Consultando uma tabela de vapor d’água (tabela de pressão de saturação), obtemos:
(Anotação: esse valor foi retirado das tabelas de vapor/pressão de saturação; tabelas são a fonte padrão em provas para esse tipo de dado.)
Passo 4
Compare as pressões:
Observa-se que
Pelo critério do Passo 2, isso significa que a água NÃO pode estar na forma de vapor a
sob
; portanto está no estado líquido comprimido (subresfriado).
Passo 5
Interpretação física e dica prática para prova: “líquido comprimido” (ou subresfriado) quer dizer que, àquela temperatura, a pressão é alta o suficiente para manter toda a massa como líquido. Em muitos exercícios práticos, quando pedem propriedades (volume específico, energia interna, entalpia) de um líquido comprimido a pressão moderada, pode-se aproximar essas propriedades pelas do líquido saturado à mesma temperatura:
onde
e
são, respectivamente, o volume específico e a energia interna do líquido saturado na temperatura dada, valores encontrados nas tabelas. Essa aproximação funciona porque líquidos são pouco comprimíveis e as propriedades variam pouco com pressão (para pressões não muito altas).
Resposta
Água no estado líquido comprimido (subresfriado).