Verificar se a água, em cada um dos estados abaixo, é um líquido comprimido, um vapor superaquecido ou uma mistura de líquido e vapor saturado. Caso esteja na região de mistura, determine o título:
1 MPa e
;
1 MPa e
Passo 1
O enunciado fornece um estado de água com as seguintes informações:
- Pressão:
. - Temperatura:
.
A pergunta: verificar se, nessas condições, a água é um líquido comprimido, um vapor superaquecido ou uma mistura (líquido + vapor saturado). Se for mistura, determinar o título (qualidade).
Passo 2
Vamos explicar os conceitos e o critério que vamos usar (passo-a-passo didático).
- Definições simples:
- Saturado: água no ponto de mudança de fase (liquido ⇄ vapor) à dada pressão ou temperatura.
- Mistura saturada: coexistem líquido saturado e vapor saturado; a fração mássica de vapor chama-se título
(ou qualidade). - Líquido comprimido (ou subresfriado): água líquida cujo estado está a uma temperatura menor que a temperatura de saturação correspondente àquela pressão (ou, equivalentemente, a uma pressão maior que a pressão de saturação para a temperatura dada). Em provas frequentemente chamam só de “líquido comprimido”.
- Vapor superaquecido: vapor cuja temperatura é maior que a temperatura de saturação àquela pressão (ou pressão menor que a pressão de saturação à temperatura dada).
- Critérios de comparação (duas maneiras equivalentes):
- Comparar a temperatura dada
com a temperatura de saturação correspondente à pressão dada . - Se
→ líquido comprimido. - Se
→ saturado (ponto de líquido saturado ou vapor saturado) → possivelmente mistura. - Se
→ vapor superaquecido.
- Se
- Ou comparar a pressão dada
com a pressão de saturação correspondente à temperatura dada . - Se
→ líquido comprimido. - Se
→ saturado (possível mistura). - Se
→ vapor superaquecido.
- Se
- Comparar a temperatura dada
- Observação: em provas sem tabela, use o segundo critério se souber
ou o primeiro se souber . Em geral usa-se tabelas de água saturada para obter esses valores numéricos.
Passo 3
Vamos obter os valores de saturação nas condições relevantes (peguei estes valores em uma tabela de água saturada/mestras de vapor d’água):
- Temperatura de saturação correspondente a
: - Pressão de saturação correspondente a
:
(essas duas quantidades foram lidas em tabelas de água saturada; é normal ver
perto de
e
na casa dos kPa.)
Passo 4
Compare numericamente:
- Comparando temperaturas: a temperatura dada
é muito menor que : Logo , condição típica de líquido comprimido. - Comparando pressões: a pressão dada
é muito maior que : Logo , mesma conclusão: líquido comprimido.
Intuição física: a 1 MPa a água só ferve perto de
. A
ela está bem abaixo do ponto de ebulição àquela pressão, portanto é um líquido (e, pela pressão elevada em relação à pressão de saturação àquela temperatura, é líquido comprimido / subresfriado).
Passo 5
Observação prática para prova (se for mistura): se se tivesse
ou
e fosse pedido o título
, usaria-se a fórmula
onde
é o volume específico do estado dado e
são os volumes específicos do líquido saturado e do vapor saturado à pressão (ou temperatura) de saturação. Esse é o procedimento caso o estado caia dentro da região de mistura.
Resposta
Líquido comprimido (subresfriado).