Determine a fase ou as fases de um sistema que consiste em H2 O nas seguintes condições, esboce os diagramas p-U e T-U mostrando a localização de cada estado e determine a entalpia e volume específico.
(d) T=20^circ C, P=50 bar.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre as fases da água ( H2O) nas condições de temperatura T = 20^circ C e pressão P = 50 bar. A gente vai precisar entender um pouquinho de termodinâmica, especialmente sobre diagramas de fase e propriedades como entalpia e volume específico. Vamos passo a passo descobrir em que fase a água está nessas condições e calcular a entalpia e o volume específico.

Passo 2

Primeiro, precisamos identificar em que região do diagrama de fases a água está a 20^circ C e 50 bar. Vamos lembrar que a água tem diferentes fases: sólido (gelo), líquido e vapor. O diagrama de fases nos ajuda a entender em qual dessas fases a água se encontra dependendo da temperatura e da pressão.

Passo 3

Vamos olhar para o ponto de fusão e o ponto de ebulição da água. A 20^circ C está bem abaixo da temperatura de ebulição da água a pressão atmosférica (1 bar), mas a pressão aqui é de 50 bar, que é bem acima da pressão atmosférica. Com o aumento da pressão, a temperatura de ebulição da água também aumenta.

Passo 4

Consultando tabelas de propriedades termodinâmicas da água ou o diagrama de fases, vemos que a temperatura de ebulição da água a 50 bar é aproximadamente 263^circ C. Como nossa temperatura está muito abaixo disso ( 20^circ C), a água estará na fase líquida sob essas condições.

Passo 5

Agora, vamos determinar a entalpia ( h) e o volume específico ( v) da água líquida a 20^circ C e 50 bar. Usando tabelas de propriedades da água, encontramos:
  • Entalpia específica ( h): aproximadamente 84 , kJ/kg
  • Volume específico ( v): aproximadamente 0,001 , m^3/kg

Passo 6

Sobre os diagramas p-U e T-U, como estamos na fase líquida, o estado da água estará na região correspondente ao líquido comprimido. No diagrama p-U, isso fica na parte de alta pressão e baixa energia interna. No diagrama T-U, fica na parte de baixa temperatura e energia interna também.

Resposta

A água a 20^circ C e 50 bar está na fase líquida. A entalpia específica é aproximadamente 84 , kJ/kg e o volume específico é cerca de 0,001 , m^3/kg. Nos diagramas p-U e T-U, o estado se localiza na região do líquido comprimido.

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