(Valor: 0,25) - Determine o volume específico do R-134a nos seguintes casos e indique se temos líquido comprimido, líquido saturado, mistura, vapor saturado, vapor superaquecido ou condições supercríticas:
20^{\circ} \mathrm{C}, 1500 \mathrm{kPa}

Passo 1

O enunciado pede o volume específico do R-134a e a classificação da fase para o estado dado. Os dados fornecidos são:
  • Temperatura: 20^{\circ}\mathrm{C}.
  • Pressão: 1500\\ \mathrm{kPa}.
O que se precisa entregar:
  • O valor do volume específico v (em \mathrm{m^3/kg}) para o R-134a nas condições dadas.
  • Indicar se o estado é: líquido comprimido (subresfriado), líquido saturado, mistura líquido‑vapor, vapor saturado, vapor superaquecido ou condição supercrítica.

Passo 2

Conceito importante (explicação didática): para saber a fase de uma substância pura dada \,T e \,P, comparamos a pressão dada com a pressão de saturação àquela temperatura, \,P_{\text{sat}}(T).
  • Se \,P = P_{\text{sat}}(T) então o estado é saturado (pode ser líquido saturado, vapor saturado ou mistura).
  • Se \,P < P_{\text{sat}}(T) o fluido não pode estar em forma líquida saturada àquela temperatura; normalmente teremos vapor (saturado ou superaquecido dependendo da temperatura/pressão).
  • Se \,P > P_{\text{sat}}(T) e a temperatura é menor que a crítica, o fluido está na região de líquido comprimido (subresfriado): a pressão é maior que a de equilíbrio àquela temperatura, então o estado é líquido denso e não saturado.
    Portanto, primeiro precisamos do valor de \,P_{\text{sat}} para T=20^{\circ}\mathrm{C}.

Passo 3

Usando uma tabela de saturação do R-134a (tabela de propriedades saturadas) obtém‑se o valor da pressão de saturação à temperatura 20^{\circ}\mathrm{C}. Dado extraído da tabela de saturação do R-134a:
  • P_{\text{sat}}(20^{\circ}\mathrm{C}) \approx 572{,}5\\ \mathrm{kPa}.
Compare com a pressão fornecida:
1500\\ \mathrm{kPa} > 572{,}5\\ \mathrm{kPa}.
Como a pressão do estado é maior que a pressão de saturação à mesma temperatura, o fluido encontra‑se em condição de líquido comprimido (subresfriado), não em mistura nem em vapor.

Passo 4

Como queremos o volume específico v do líquido comprimido, uma aproximação usual e bastante precisa (para pressões moderadamente maiores que P_{\text{sat}}) é usar o volume específico do líquido saturado à mesma temperatura, v_f(T). Essa aproximação funciona porque líquidos são pouco compressíveis: o aumento de pressão altera pouco o volume específico.
Da tabela de saturação do R-134a pegamos o volume específico do líquido saturado a 20^{\circ}\mathrm{C}. Dado extraído da tabela:
v_f(20^{\circ}\mathrm{C}) \approx 8,4\times 10^{-4}\\ \mathrm{m^3/kg}.
Observação didática: se quisesse maior precisão para uma pressão muito alta poderia usar dados de líquido comprimido (tabelas de compressed liquid) ou interpolação usando equações de estado; para provas normalmente vale a aproximação v\approx v_f(T) quando for pedido o valor do líquido comprimido.

Passo 5

Portanto, adotando a aproximação indicada:
v \approx v_f(20^{\circ}\mathrm{C}) \approx 8,4\times 10^{-4}\\ \mathrm{m^3/kg}.
E a classificação do estado é: líquido comprimido (subresfriado), porque \,P=1500\\ \mathrm{kPa} > P_{\text{sat}}(20^{\circ}\mathrm{C}).

Resposta

v \approx 8,4\times 10^{-4}\\ \mathrm{m^3/kg} — líquido comprimido (subresfriado)

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