(Valor: 0,6) - Diga a fase em que se encontra a substância e o título caso seja mistura:
água a 0.1 MPa e 200^{\circ} \mathrm{C}

Passo 1

O enunciado dá:
  • Pressão: 0{,}1\\ \text{MPa}.
  • Temperatura: 200^\circ\mathrm{C}.
O que se pede:
  • Dizer a fase em que a água se encontra (por exemplo: líquido comprimido, mistura saturada, vapor saturado, vapor superaquecido).
  • Indicar o título (qualidade) caso seja mistura.

Passo 2

Conceitos essenciais (explicação didática):
  • Para uma substância pura como a água, existe uma curva de saturação que relaciona pressão e temperatura de mudança de fase. Para cada pressão existe uma temperatura de saturação T_{\text{sat}}(P). Se a temperatura for exatamente T_{\text{sat}} e houver coexistência de líquido e vapor, temos uma mistura saturada.
  • Definições úteis:
    • Líquido comprimido (sub-resfriado): T < T_{\text{sat}}(P) e todo o material é líquido.
    • Mistura saturada: T = T_{\text{sat}}(P) e coexistem líquido e vapor; aí o título (qualidade) q é definido por q=\frac{m_{\text{vapor}}}{m_{\text{total}}},\quad 0\le q\le 1.
    • Vapor saturado: T = T_{\text{sat}}(P) com q=1 (todo vapor, no excesso de temperatura).
    • Vapor superaquecido: T > T_{\text{sat}}(P); é vapor em única fase, com temperatura acima da de saturação — não há mistura líquida-vapor.
  • Em resumo: comparar a temperatura dada com T_{\text{sat}} à pressão dada decide a fase.

Passo 3

Determinar a temperatura de saturação na pressão dada:
  • Converter a pressão: 0{,}1\\ \text{MPa}=100\\ \text{kPa}.
  • Consultando tabelas de vapor (steam tables) para água na pressão 0{,}1\\ \text{MPa} encontra-se: T_{\text{sat}}(0{,}1\\ \text{MPa}) = 99{,}61^\circ\mathrm{C}.
(Essa é a temperatura de ebulição da água a 1\\ \text{bar}.)

Passo 4

Comparação e conclusão sobre a fase:
  • Temperatura dada: 200^\circ\mathrm{C}.
  • Temperatura de saturação à pressão dada: 99{,}61^\circ\mathrm{C}.
  • Como 200^\circ\mathrm{C} > 99{,}61^\circ\mathrm{C},a temperatura está acima da temperatura de saturação para aquela pressão. Portanto a água não pode estar na região de mistura nem como líquido comprimido: ela está na fase de vapor e, como a temperatura excede a de saturação, é vapor superaquecido (vapor em fase única, com temperatura acima da saturação).

Passo 5

Sobre o título (qualidade) q:
  • O título q só é definido para misturas saturadas líquido–vapor, quando T=T_{\text{sat}}(P) e existe coexistência das fases.
  • Aqui não temos mistura (temos vapor superaquecido), logo o título não se aplica.
  • Observação: às vezes se toma q=1 para vapor saturado exatamente na fronteira, mas para vapor superaquecido não se usa q; em vez disso descreve-se a condição como “vapor superaquecido” e, se necessário, trabalham-se propriedades (por exemplo, pressão, temperatura, volume específico) com tabelas de vapor superaquecido.

Resposta

Fase: vapor superaquecido.
Título: não se aplica (não é mistura).

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