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:
150^{\circ} \mathrm{C}, 0,5 \mathrm{~m}^{3} / \mathrm{kg}

Passo 1

O enunciado dá a temperatura e o volume específico da água e pede que eu classifique o estado (líquido comprimido, mistura saturada ou vapor superaquecido). Os dados fornecidos são:
\;T = 150^\circ\mathrm{C}\n \;v = 0,5\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}

Passo 2

Ideia geral (sem ainda calcular): para uma dada temperatura de saturação existe uma curva com duas propriedades importantes:
\;v_f(T) = volume específico do líquido saturado (densidade alta, v pequeno) e \;v_g(T) = volume específico do vapor saturado (densidade baixa, v grande). A classificação segue:
  • Se \;v < v_f(T), é líquido comprimido (ou sub-resfriado).
  • Se \;v_f(T) \le v \le v_g(T), é mistura de líquido e vapor saturados (tem qualidade \;x entre 0 e 1).
  • Se \;v > v_g(T), é vapor superaquecido.
    Também é útil a fórmula da qualidade \;x (fração mássica de vapor) quando estamos na faixa de mistura:
x=\frac{v-v_f(T)}{v_g(T)-v_f(T)}.
Vou usar essa comparação numérica com os valores de \;v_f e \;v_g na temperatura \;150^\circ\mathrm{C}.

Passo 3

Obtenho os valores de uma tabela de vapor saturado (tabela de água saturada) para \;T=150^\circ\mathrm{C}. Usando a tabela padrão de vapor saturado:
\;v_f(150^\circ\mathrm{C}) \approx 0,001091\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}\n \;v_g(150^\circ\mathrm{C}) \approx 0,3928\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}
(avaliei esses números a partir da tabela de vapor saturado para \;150^\circ\mathrm{C}.)

Passo 4

Comparemos o volume específico dado com esses valores:
\;v_f(150^\circ\mathrm{C}) \approx 0,001091\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}\n \;v_g(150^\circ\mathrm{C}) \approx 0,3928\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}\n \;v_{\text{dado}} = 0,5\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{kg}
Observação direta: \;0,5 > 0,3928. Assim \;v_{\text{dado}} > v_g(150^\circ\mathrm{C}).

Passo 5

Interpretação física e verificação com a fórmula da qualidade: se eu calculasse a qualidade assumindo mistura, obteria
x=\frac{v-v_f}{v_g-v_f}=\frac{0,5-0,001091}{0,3928-0,001091}=\frac{0,498909}{0,391709}\approx 1,27.
O resultado \;x>1 é impossível para uma mistura (a qualidade deve estar entre 0 e 1), o que confirma que o estado não é mistura saturada. Como \;v é maior que \;v_g, o estado é vapor com volume específico maior que o vapor saturado — ou seja, vapor superaquecido.

Resposta

Vapor superaquecido

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