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.
(a)
bar,
.
(a)
Passo 1
O enunciado dá os seguintes dados e pede a(s) fase(s) do sistema:
- Pressão:
. - Temperatura:
.
O que se pede: identificar a(s) fase(s) donessas condições e indicar onde esse estado fica nos diagramas e .
Passo 2
Ideia geral (como decidir a fase): para substâncias pura como água, a linha de saturação relaciona pressão e temperatura de mudança de fase. Se a temperatura do sistema for menor, igual ou maior que a temperatura de saturação àquela pressão, temos respectivamente:
-
líquido comprimido (sub-resfriado); -
estado saturado (pode ser líquido saturado, vapor saturado ou mistura líquido+vapor); -
vapor superaquecido.
Portanto vamos compararcom para .
Passo 3
Valor da temperatura de saturação em
: pelas tabelas de vapor d’água (tabelas usuais de propriedades), tem-se
(este é o valor de referência usado em termodinâmica para
.)
Passo 4
Comparação direta:
A diferença é muito pequena (
), portanto, dentro de precisão usual,
. Logo o estado está sobre a linha de saturação: é um estado saturado.
Passo 5
Significado prático do resultado: estar em
significa que o sistema encontra-se em equilíbrio de fase líquido–vapor. Sem informação adicional (por exemplo o volume específico
ou a qualidade
), não é possível dizer se é exatamente:
- líquido saturado (todo líquido,
), ou - vapor saturado (todo vapor,
), ou - mistura líquido+vapor (qualidade
, entre e ).
Portanto a resposta correta é que o sistema está em condição saturada (líquido e vapor em equilíbrio), e a classificação mais precisa depende deou da qualidade.
Passo 6
Como esboçar os diagramas e localizar o ponto:
-
Diagrama
: - Desenhar a cúpula de saturação (curva com o vértice no ponto crítico).
- Traçar uma linha horizontal em
. Esta linha corta a cúpula em dois pontos: no ponto de líquido saturado (volume específico ) à esquerda e no ponto de vapor saturado (volume específico ) à direita. - O estado dado (
) está sobre essa linha de corte da cúpula. Marcar o ponto sobre a fronteira da cúpula; se estiver entre e então o ponto fica no interior da base da cúpula (mistura); se ou o ponto fica exatamente em uma das extremidades.
-
Diagrama
: - Desenhar a cúpula de saturação em
(a temperatura máxima no crítico). - Traçar uma linha horizontal em
(que é essencialmente para ). Essa linha cruza a cúpula nos dois pontos (à esquerda) e (à direita). - O estado dado está sobre a borda da cúpula na mesma temperatura; sem
não se sabe se fica na borda esquerda, borda direita ou entre as duas.
- Desenhar a cúpula de saturação em
(Dica prática para a prova: ao desenhar, rotule as regiões claramente: à esquerda da cúpula — líquido comprimido; dentro da cúpula — mistura líquido+vapor; à direita — vapor superaquecido. Marque
no
e
no
.)
Passo 7
Resumo didático rápido sobre como usar isso na prova:
- Sempre primeiro consulte a tabela/diagrama para obter
(ou ). - Compare numericamente
e (com atenção à precisão dos dados). - Se igual dentro da precisão, classifique como estado saturado e peça (ou verifique)
ou para decidir entre líquido saturado / mistura / vapor saturado. - Se
é vapor superaquecido; se é líquido comprimido.
Resposta
Estado saturado (líquido e vapor em equilíbrio) — pois
. Sem o volume específico
não é possível distinguir entre líquido saturado, mistura ou vapor saturado.