Exercício 1.3: Verifique se a água em cada um dos estados abaixo é um líquido comprimido, vapor superaquecido ou uma mistura de líquido e vapor saturados:
Passo 1
O enunciado dá a pressão e o volume específico da água e pede que verifiquemos o estado (líquido comprimido, vapor superaquecido ou mistura saturada). Dados fornecidos:
As perguntas implícitas: (1) a água, nessas condições, é líquido comprimido, vapor superaquecido ou mistura de líquido e vapor saturados? (2) se for mistura, qual a qualidade (fração mássica de vapor)?
Passo 2
Conceitos essenciais — como identificar o estado usando volume específico e tabelas de vapor:
- Para uma dada pressão de saturação
existe um volume específico do líquido saturado e do vapor saturado . Esses valores vêm da tabela de vapor saturado. - Se o volume específico dado satisfaz
, então é um líquido comprimido (mais denso que líquido saturado). - Se
, líquido saturado (qualidade ). - Se
, é uma mistura de líquido e vapor saturados; a fração mássica de vapor (qualidade) é dada por
onde
varia entre 0 e 1.
- Se
, vapor saturado (qualidade ). - Se
, vapor superaquecido.
Expliquei cada símbolo:
é o volume específico do estado dado,
é o volume específico do líquido saturado na pressão
,
é o volume específico do vapor saturado na mesma pressão, e
é a fração mássica de vapor (qualidade).
Passo 3
Pegar os dados da tabela de vapor saturado para
.
(Estou usando valores da tabela de vapor saturado — valores aproximados retirados de tabelas padrão.)
Valores relevantes aproximados na pressão :
(Estou usando valores da tabela de vapor saturado — valores aproximados retirados de tabelas padrão.)
Valores relevantes aproximados na pressão
Observação:
é muito pequeno (ordem
) e varia pouco;
é da ordem de
. Esses são os números que usaremos para comparar com
.
Passo 4
Comparação direta entre o volume específico dado e os da tabela:
Como
está estritamente entre
e
, concluímos que o estado é uma mistura de líquido e vapor saturados (nem líquido comprimido nem vapor superaquecido).
Passo 5
Calcular a qualidade
usando a fórmula da mistura. Relembrando a fórmula:
Substituindo os valores (tudo em
):
Interpretação:
significa que cerca de
da massa está no vapor e
está no líquido, por massa.
Passo 6
Resumo e interpretação didática curta (para a prova):
- Procedimento prático para questões desse tipo: consultar tabela de saturação na pressão dada, ler
e , comparar o do enunciado com esses dois valores e aplicar a fórmula da qualidade se . - Aqui aplicamos exatamente isso e obtivemos uma mistura com qualidade alta (
), ou seja, o fluido é majoritariamente vapor, mas ainda contém líquido em pequena fração.
Resposta
Mistura de líquido e vapor saturados; qualidade
(93,5%).