Determine o estado da água a:
60^{\circ} \mathrm{C} e 25 kPa

Passo 1

O enunciado pede para determinar o estado físico da água nas condições fornecidas. Dados dados pelo enunciado:
  • Temperatura: 60^\circ\mathrm{C}.
  • Pressão: 25\\ \mathrm{kPa}.
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 (T,P) comparamos a pressão real P com a pressão de saturação àquela temperatura, que chamamos de P_{\text{sat}}(T).
  • Se P = P_{\text{sat}}(T), a água está na condição de equilíbrio de fase — pode ser uma mistura saturada (parte líquida, parte vapor) ou exatamente saturada líquida/vapor.
  • Se P > P_{\text{sat}}(T), 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 P < P_{\text{sat}}(T), 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 P com P_{\text{sat}}(60^\circ\mathrm{C}).

Passo 3

Obter P_{\text{sat}}(60^\circ\mathrm{C}). Consultando uma tabela de vapor d’água (tabela de pressão de saturação), obtemos:
P_{\text{sat}}(60^\circ\mathrm{C}) \approx 19{,}95\\ \mathrm{kPa}.
(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:
P_{\text{dada}} = 25\\ \mathrm{kPa},\qquad P_{\text{sat}}(60^\circ\mathrm{C}) \approx 19{,}95\\ \mathrm{kPa}.
Observa-se que
P_{\text{dada}} > P_{\text{sat}}(60^\circ\mathrm{C}).
Pelo critério do Passo 2, isso significa que a água NÃO pode estar na forma de vapor a 60^\circ\mathrm{C} sob 25\\ \mathrm{kPa}; 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:
v \approx v_f(60^\circ\mathrm{C}),\qquad u \approx u_f(60^\circ\mathrm{C}),\\ \text{etc.}
onde v_f e u_f 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).

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