Determine a fase para as seguintes substâncias utilizando as tabelas termodinâmicas:
Água: \mathrm{T}=50^{\circ} \mathrm{C}, \mathrm{P}=20 \mathrm{kPa}

Passo 1

Dados fornecidos pelo enunciado:
\text{substância: água}âá
T=50^\circ\mathrm{C}
P=20\\ \mathrm{kPa}
Pergunta do enunciado: determinar a fase (estado: líquido comprimido / mistura saturada / vapor superaquecido) da água para esses valores de temperatura e pressão.

Passo 2

Conceito importante (explicação didática): a linha de saturação relaciona temperaturas e pressões nas quais líquido e vapor coexistem. Existem duas formas práticas de usar as tabelas:
  • olhar a pressão de saturação correspondente à temperatura dada: p_{sat}(T);
  • olhar a temperatura de saturação correspondente à pressão dada: T_{sat}(P).
    Regra de decisão (fácil de aplicar na prova):
  • se P>p_{sat}(T) então a fase é líquido comprimido (sub-resfriado);
  • se P=p_{sat}(T) então é mistura saturada (líquido e vapor coexistindo);
  • se P<p_{sat}(T) então é vapor (possivelmente superaquecido).
    Vou aplicar essa regra usando as tabelas de água saturada.

Passo 3

Uso da tabela de água saturada (tabela de pressão de saturação em função da temperatura). O valor da pressão de saturação à temperatura de 50^\circ\mathrm{C} é (valor retirado das tabelas termodinâmicas de água saturada):
p_{sat}(50^\circ\mathrm{C}) = 12,35\\ \mathrm{kPa}.

Passo 4

Comparo a pressão fornecida com a pressão de saturação à mesma temperatura:
P = 20\\ \mathrm{kPa} \quad\text{e}\quad p_{sat}(50^\circ\mathrm{C}) = 12,35\\ \mathrm{kPa}.
Como
P > p_{sat}(50^\circ\mathrm{C}),
pela regra de decisão a água está no estado de líquido comprimido (também chamado de sub-resfriado) à condição dada. Explicação física curta: a pressão é suficientemente alta para manter a água no estado líquido mesmo à temperatura 50^\circ\mathrm{C}.

Passo 5

Verificação alternativa (mesma conclusão, caminho invertido): consultar a tabela que dá a temperatura de saturação para cada pressão. O valor da temperatura de saturação à pressão de 20\\ \mathrm{kPa} é (valor das tabelas):
T_{sat}(20\\ \mathrm{kPa}) \approx 60,06^\circ\mathrm{C}.
Como
T = 50^\circ\mathrm{C} < T_{sat}(20\\ \mathrm{kPa}),
a temperatura real está abaixo da temperatura na qual ocorreria ebulição a 20\\ \mathrm{kPa}, portanto a água está líquida (comprimida).

Passo 6

O que significa “líquido comprimido / sub-resfriado” na prática de prova:
  • é um líquido cuja temperatura está abaixo da temperatura de saturação correspondente à pressão atual;
  • para obter propriedades (por exemplo, volume específico v ou entalpia h) muitas vezes, se o estado estiver relativamente próximo à saturação, pode-se aproximar usando os valores de líquido saturado à mesma temperatura T (ou recorrer às tabelas de líquido comprimido se disponível);
  • regra prática: primeiro identifique a fase pela comparação acima; só depois busque valores numéricos nas tabelas apropriadas.

Resposta

Líquido comprimido (sub-resfriado).

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