Determine a fase e o volume específico para:
Água
e
Água
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações (já colocadas em notação matemática):
- Temperatura:
. - Pressão:
.
O que o problema pede:
- Determinar a fase da água nas condições dadas (líquido saturado, vapor saturado, mistura, líquido comprimido/sub-resfriado, vapor superaquecido, etc.).
- Determinar o volume específico
(em ) da água nessas condições.
Passo 2
Conceito importante e estratégia de resolução (explicação didática):
- Para saber a fase da água usamos as propriedades de saturação. Para cada pressão existe uma temperatura de saturação
: se a temperatura real é menor que , a água está na fase líquida (especificamente: líquido comprimido ou sub-resfriado, se houver pressão maior do que a de saturação àquela temperatura). Se temos condição de saturação (pode haver mistura), e se temos vapor (possivelmente superaquecido). - Alternativamente pode-se comparar a pressão real com a pressão de saturação à temperatura dada: para cada temperatura existe
; se então a água é líquida comprimida (sub-resfriada); se é saturada; se é vapor. - Para obter o volume específico de um líquido comprimido costuma-se usar a aproximação prática muito usada em provas: o volume específico do líquido comprimido é aproximadamente igual ao volume específico do líquido saturado à mesma temperatura, isto é
. Isso é válido porque líquidos são quase incompressíveis, então o efeito da pressão sobre é pequeno no intervalo típico.
Vou aplicar essas ideias usando valores das tabelas de água saturada (tabelas de vapor d’água).
Passo 3
Determinar a temperatura de saturação correspondente a
(valor obtido na tabela de água saturada):
- A tabela dá
.
Comparação com a temperatura dada:
- A temperatura do problema é
. - Como
, isso significa que, à pressão de , a água está bem abaixo da temperatura de ebulição: a água está em estado líquido e, como a pressão aplicada é maior que a pressão de saturação correspondente a (veja Passo 4), classifica-se como líquido comprimido (também chamado de sub-resfriado).
Passo 4
Verificação alternativa (usando
):
- Da tabela de vapor saturado, a pressão de saturação à temperatura
é aproximadamente (valor da tabela). - Dado que
, conclui-se novamente que a água está na fase líquida comprimida (sub-resfriada) sob a pressão dada.
Passo 5
Cálculo do volume específico
para líquido comprimido (estratégia e fórmula usada):
- Para líquido comprimido usamos a aproximação
onde
é o volume específico do líquido saturado à temperatura
(valor disponível nas tabelas de água saturada).
- Procurando na tabela de água saturada o valor de
à , obtém-se
(Este valor também é consistente com a densidade da água líquida a
,
, pois
.)
Passo 6
Avaliação da precisão e comentário prático:
- A aproximação
é muito boa aqui porque líquidos são pouco compressíveis; a diferença entre o volume específico à e o valor saturado à mesma temperatura é negligenciável para a maioria de problemas de prova. - Portanto podemos adotar o valor da tabela com confiança razoável e apresentar com três ou quatro algarismos significativos.
Resposta
Fase: líquido comprimido (sub-resfriado).
Volume específico:
Volume específico: