Utilizando de tabelas termodinâmicas determine as propriedades solicitadas para os estados termodinâmicos definidos:
Fase, entalpia, pressão e título se houver para água a
e
;
Fase, entalpia, pressão e título se houver para água a
Passo 1
Vou identificar com clareza o que o enunciado pede e quais dados temos.
-
Dados do problema:
- Temperatura:
. - Volume específico:
.
- Temperatura:
-
O enunciado pede que se determine, para a água nesse estado:
- a fase (se é líquido comprimido, mistura saturada ou vapor superaquecido);
- a entalpia específica
(em ); - a pressão
; - o título (qualidade)
, se houver mistura.
Observação: para esse tipo de problema a estratégia padrão é consultar a tabela de vapor saturado à temperatura dada. A tabela fornece, para
, os valores de pressão de saturação
, volume específico do líquido saturado
, volume específico do vapor saturado
, entalpia do líquido saturado
e entalpia do vapor saturado
. Com esses valores podemos decidir a fase (comparando
com
e
), e calcular o título
e a entalpia do estado se for mistura.
Passo 2
Pegar os valores relevantes nas tabelas de vapor saturado à temperatura
.
(Nos exercícios de prova: abra a tabela de vapor saturado por temperatura e localize a linha
. Aqui estou indicando explicitamente os números que estou usando — estes são valores que se obtêm diretamente da tabela de vapor saturado para água à temperatura indicada.)
Valores da tabela saturada a
(peguei estes números da tabela de vapor saturado à temperatura):
Breve comentário sobre esses números:
-
é muito pequeno (líquido quase incompressível). -
é grande porque a pressão de saturação a é muito baixa. -
e vêm também diretamente da linha da tabela saturada.
Passo 3
Determinar a fase comparando o volume específico dado com
e
.
Regra:
- Se
então é líquido comprimido (ou líquido sub-resfriado). - Se
então é mistura saturada (líquido + vapor). - Se
então é vapor superaquecido.
Aplicando:
Portanto
está entre
e
. Conclusão: o estado é uma mistura saturada (mistura de líquido e vapor).
Comentário motivador: está quase todo vapor (porque
está bem próximo de
), mas ainda dentro da faixa de mistura, então precisamos calcular o título (fração mássica de vapor).
Passo 4
Calcular o título (qualidade)
da mistura e explicar a fórmula.
Definição e fórmula:
- O volume específico de uma mistura saturada é a média ponderada entre os volumes específicos das frações líquida e vapor:
Resolvendo para
:
Substituindo os valores (tudo retirado da tabela para
):
Calculemos (passo a passo, sem pular contas):
Interpretação:
significa que cerca de
da massa está na fase vapor e
na fase líquida.
Passo 5
Calcular a entalpia específica
do estado (para mistura saturada) e explicar a fórmula.
Fórmula para entalpia de mistura saturada:
Aqui
é o calor latente de vaporização àquela temperatura.
Pegando os números da tabela:
Logo
Agora calcular:
Fazendo a multiplicação:
(mais precisamente
).
Somando:
Arredondando com sentido prático (tabelas geralmente têm 3–4 dígitos significativos), podemos dar
Passo 6
Determinar a pressão do estado.
Como o estado é uma mistura saturada a
, a pressão é a pressão de saturação correspondente a essa temperatura. Portanto:
Comentário prático para prova: se você encontra uma mistura por temperatura conhecida, a pressão é imediatamente a pressão de saturação da tabela (e vice‑versa: se souber a pressão e estiver na faixa de
a
, a temperatura é a de saturação correspondente).
Resposta
Fase: mistura saturada (líquido + vapor), com maioria vapor (aprox.
em massa).
Entalpia: .
Pressão: .
Título: (
).
Entalpia:
Pressão:
Título: