Determine a massa de 1 L de água líquida saturada a
. Como você acha que esse valor se compara à massa de 1 L de água líquida sub-resfriada a
e à pressão atmosférica?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) determinar a massa de
de água líquida saturada à temperatura de
; (2) comparar esse valor com a massa de
de água líquida sub-resfriada (comprimida) à mesma temperatura
e à pressão atmosférica.
Informações relevantes fornecidas ou implícitas: volume (que devemos converter para unidades do SI) e temperatura
. Para a água saturada àquela temperatura precisamos da propriedade volumétrica do líquido saturado (volume específico
ou densidade
) extraída de tabelas de vapor/água (steam tables).
Informações relevantes fornecidas ou implícitas: volume
Passo 2
Conceitos necessários (explicação didática e simples):
- O volume específico
de uma substância é o volume por unidade de massa. Unidade SI: . Se eu sei e o volume total , a massa é
- A densidade
é o inverso do volume específico:
- “Água saturada” à uma dada temperatura significa que a água líquida está na condição de saturação (existe uma pressão de vapor de equilíbrio àquela temperatura). Para líquidos próximos da temperatura ambiente, o volume específico do líquido saturado
é muito pequeno (da ordem de ), o que corresponde a densidades da ordem de . - “Água sub-resfriada” ou “líquido comprimido” é simplesmente água líquida à uma temperatura menor que a temperatura de saturação correspondente à pressão dada; na prática, líquidos são pouco compressíveis, então a densidade da água sub-resfriada a
e à pressão de difere muito pouco da densidade do líquido saturado à mesma temperatura.
Passo 3
Pegando o valor de volume específico do líquido saturado à
nas tabelas de propriedades da água (steam tables):
o valor tabulado é aproximadamente
o valor tabulado é aproximadamente
(ou seja, densidade
). Estou explicitando que peguei
de uma tabela de vapor/água para a temperatura indicada.
Passo 4
Converter o volume pedido para o SI:
Passo 5
Calcular a massa usando
. Substituindo os números:
Agora a divisão:
(ou, em termos de densidade,
e
.)
Passo 6
Comparação com água sub-resfriada à
e
(explicando por que):
- À
a pressão de saturação da água é muito menor que (aprox. ), então água à e está na condição de líquido comprimido (sub-resfriado). - Líquidos têm compressibilidade muito baixa: a densidade da água líquida muda muito pouco quando a pressão varia de alguns kPa até
. A densidade da água líquida pura à e é tabulada como aproximadamente
o que dá para
- A diferença entre
(água saturada a ) e (água sub-resfriada a e ) é da ordem de (cerca de ), ou seja, praticamente desprezível na maioria das aplicações.
Resposta
A massa de