QUESTÃO 3 (3 pontos) - Considere um taque de água, rígido, que contém 12 litros de água inicialmente a temperatura 100^{\circ} \mathrm{C} e título 10 \%. A água é então aquecida, sem que ocorra vazamentos até a condição de temperatura 150^{\circ} \mathrm{C}. Determinar:
a) A pressão no estado inicial ( 0,6 pontos)

Passo 1

Dados do enunciado (resumindo e deixando claro o que é dado e o que se pede):
\text{Volume do tanque: }12\\ \text{litros} \quad(\text{não será necessário para (a)})ãáá
\text{Temperatura inicial: }100^\circ\mathrm{C}
\text{Título (qualidade) inicial: }x=10\%=0{,}10í
Pergunta da alínea (a): Determinar a pressão no estado inicial.

Passo 2

O que significa ter uma mistura saturada a 100^\circ\mathrm{C} e título x=0{,}10? Aqui temos água parcialmente vaporizada: parte está no estado líquido saturado e parte no vapor saturado. O título x é a fração mássica de vapor, definida por
x=\frac{m_\text{vapor}}{m_\text{total}},
onde m_\text{vapor} é a massa de vapor e m_\text{total} é a massa total da amostra.

Passo 3

Propriedade importante (aulas rápidas):
Em uma mistura saturada em equilíbrio a uma temperatura dada T, a pressão do sistema é a pressão de saturação correspondente àquela temperatura, denotada p_\text{sat}(T). Ou seja, se a temperatura é 100^\circ\mathrm{C} e o fluido está em estado saturado (liquido+vapor), então a pressão é
p = p_\text{sat}(100^\circ\mathrm{C}).
Essa pressão independe do título x (desde que haja simultaneamente líquido e vapor). Por isso, para achar a pressão inicial basta consultar a pressão de saturação da água a 100^\circ\mathrm{C}.

Passo 4

Consulta às tabelas de vapor saturado (peguei o valor nas tabelas de propriedades da água/vapor saturado): a pressão de saturação da água a 100^\circ\mathrm{C} é
p_\text{sat}(100^\circ\mathrm{C}) = 1{,}01325\times10^{5}\\ \mathrm{Pa}.
(Esse é o valor físico bem conhecido: pressão atmosférica padrão.)

Passo 5

Conversões e apresentação em unidades usuais:
1{,}01325\times10^{5}\\ \mathrm{Pa} = 101{,}325\\ \mathrm{kPa} = 1{,}01325\\ \mathrm{bar} = 0{,}101325\\ \mathrm{MPa}.

Resposta

p=1{,}01325\times10^{5}\\ \mathrm{Pa} (ou 101{,}325\\ \mathrm{kPa}, equivalente a 1{,}01325\\ \mathrm{bar} e 0{,}101325\\ \mathrm{MPa}).

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