Determine a fase ou as fases de um sistema que consiste em
nas seguintes condições e esboce os diagramas
e
mostrando a localização de cada estado.
bar.
Passo 1
O enunciado dá claramente dois dados do sistema água:
- Temperatura:
. - Pressão:
.
O que se pede:
- Determinar a(s) fase(s) presentes (ou seja: líquido comprimido, líquido saturado, mistura líquido-vapor saturada, vapor saturado, vapor superaquecido).
- Esboçar (descrever) onde esse estado fica nos diagramas
versus e versus .
Vou trabalhar só com os dados acima:
e
.
Passo 2
Ideia física e critério prático que vamos usar (explicado passo a passo, sem pular etapas):
- A água tem, para cada temperatura, uma pressão de saturação
. Essa é a pressão à qual água líquida e vapor coexistem à temperatura . Esse valor está em tabelas de vapor saturado (tabelas de vapor / steam tables). - Equivalente: para cada pressão existe uma temperatura de saturação
. - Regras de decisão (fáceis de aplicar na prova):
- Se
então o estado está na linha de saturação a : pode ser líquido saturado, vapor saturado ou mistura (dependendo do volume específico). Mas está exatamente na fronteira líquido–vapor. - Se
então, àquela temperatura , a pressão é insuficiente para manter a água no estado líquido → o estado é vapor (mais precisamente: vapor superaquecido, se estiver à direita da curva de saturação no diagrama ou ). - Se
então, àquela temperatura , a pressão é maior que a de saturação → o estado é líquido comprimido (sub-resfriado).
- Se
- Alternativa de uso prático: pode-se comparar
com (obtendo a partir da tabela para dado). Se então é vapor superaquecido; se então é líquido comprimido; se então está na saturação.
Essas regras vêm diretamente da definição de condição de saturação e são o procedimento padrão em termodinâmica de vapor.
Passo 3
Aplicar a verificação usando
(valor na tabela para
).
-
Consultando tabelas de vapor saturado (steam tables), a pressão de saturação à temperatura
é (valor bem conhecido: a 100 ºC a água ferve à pressão atmosférica, cerca de.) -
Agora compare com a pressão do enunciado:
-
Pelo critério do Passo 2, como
, o estado não pode ser líquido nem mistura: é vapor. Como a temperatura é maior que a temperatura de saturação correspondente à pressão dada (veremos isso no próximo passo), esse vapor é vapor superaquecido.
Passo 4
Verificação alternativa (equivalente) usando
:
- Consultando tabelas para
obtém-se a temperatura de saturação - Compare com
dado: - Pelo critério do Passo 2, como
, o fluido está no domínio do vapor e, mais precisamente, fora (à direita) da curva de saturação → vapor superaquecido.
Essas duas checagens (comparar
com
ou comparar
com
) são equivalentes e dão a mesma conclusão: vapor superaquecido.
Passo 5
Explicação didática curta sobre os diagramas e onde colocar o ponto (isso equivale ao “esboço” pedido — descrevo como desenhar e onde marcar o ponto):
-
Diagrama
versus (eixo vertical , eixo horizontal ): - Desenhe a curva da saturação (a famosa “cúpula”): à esquerda da cúpula está o líquido comprimido / líquido saturado; à direita da cúpuleta está o vapor (seco ou superaquecido). No topo da cúpula está o ponto crítico.
- Para
a isoterma corta a cúpula em um ponto onde a pressão de saturação vale . - Nosso estado tem
, que é menor que . No diagrama isso significa que a reta horizontal em corta a isoterma de à direita da cúpula. Portanto marque o ponto no ramo direito (região de vapor), fora da cúpula — ou seja, no domínio do vapor superaquecido.
-
Diagrama
versus (eixo vertical , eixo horizontal ): - Desenhe a cúpula de saturação (em
aparece como uma campânula também). A linha da esquerda é líquido saturado (pequeno ), a da direita é vapor saturado (grande ). - Para a pressão
a temperatura de saturação é ; então a linha horizontal em fica acima da temperatura de saturação correspondente a . - O ponto
estará à direita da campânula (maior que saturado) — portanto no domínio do vapor superaquecido. Marque o ponto a e com maior que o da linha de saturação.
- Desenhe a cúpula de saturação (em
Resumo da localização: em ambos os diagramas o ponto cai na região de vapor superaquecido (à direita da curva de saturação/cúpula).
Passo 6
Observações finais, dicas de prova (prático e empático):
- Sempre que a questão der
e , a forma mais rápida é checar (tabela) e comparar com . Se não tiver tabela, muitas vezes lembra-se que ajuda a decidir rapidamente. - Se a questão pedisse propriedades numéricas (por exemplo volume específico
), aí usaríamos a tabela de vapor superaquecido para e para ler , , etc. Aqui só pediram a fase e o esboço, então não precisamos de valores de . - Força aí: a regra de comparar com a curva de saturação é a ferramenta que salva tempo na prova.
Resposta
Vapor superaquecido.