Densidade da Água, Peso Específico e Coeficientes de Expansão Térmica

Visão Geral

Densidade é a razão entre massa e volume:

$\rho = \frac{m}{V}$

onde $\rho$ é a densidade, $m$ é a massa e $V$ é o volume. A densidade é comumente expressa em g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3 ou sl/ft^3.

A água pura atinge sua densidade máxima, aproximadamente 1000 kg/m^3 ou 1.940 slug/ft^3, a 4 degC (39.2 degF). Acima dessa temperatura, a densidade diminui conforme a água se expande.

Peso específico é a razão entre peso e volume:

$\gamma = \frac{m g}{V} = \rho g$

onde $\gamma$ é o peso específico e $g$ é a aceleração da gravidade. A gravidade padrão é normalmente considerada como 9.80665 m/s^2 ou 32.17405 ft/s^2.

Para água a 4 degC em unidades do SI:

$\gamma = 1000 \; \text{kg/m}^3 \times 9.807 \; \text{m/s}^2 = 9807 \; \text{N/m}^3 = 9.807 \; \text{kN/m}^3$

Em unidades de engenharia imperiais, a densidade da água a 39 degF é aproximadamente 1.940 sl/ft^3:

$\gamma = 1.940 \; \text{sl/ft}^3 \times 32.174 \; \text{ft/s}^2 = 62.4 \; \text{lbf/ft}^3$

Calculadora Online de Densidade da Água

A página original inclui uma calculadora para a densidade da água líquida em uma dada temperatura e relata a densidade em g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3, lb/gal(US liq) e sl/ft^3. Os intervalos de temperatura válidos originais são 0-370 degC, 32-700 degF, 273-645 K e 492-1160 degR.

A calculadora abaixo usa uma aproximação de pressão atmosférica padrão para água líquida próxima ao intervalo líquido comum. Use os valores tabulados para trabalho de projeto, condições de saturação acima de 100 degC ou pressão elevada.

Variáveis

Gráficos Interativos de Densidade

A página original contém três imagens de densidade: densidade da água versus temperatura em degC, densidade da água versus temperatura em degF, e densidade versus temperatura sob pressão elevada. Os gráficos abaixo recriam esses conjuntos de dados das imagens a partir dos valores tabulados originais para que as curvas possam ser inspecionadas de forma interativa.

Densidade, Peso Específico e Expansão Térmica em degC

Valores de 0-100 degC são a 1 atm. Valores acima de 100 degC são à pressão de saturação.

Densidade, Peso Específico e Expansão Térmica em degF

Valores de 32-212 degF são a 1 atm. Valores acima de 212 degF são à pressão de saturação.

Densidade e Peso Específico a 1000 psi

A tabela original fornece a densidade e o peso específico da água a 1000 psi (68.1 atm). Nesta pressão, o ponto de ebulição notado na fonte é 284.8 degC (544.58 degF).

Densidade e Peso Específico a 10000 psi

Conversões de Unidades e Exemplos

O peso por galão dos EUA é baseado em 7.48 gal/ft^3.

Um galão líquido dos EUA equivale a:

• 3.7854 l
• 0.8327 gal(UK)
• 0.8594 gal(US dry)
• 0.1074 bu(US dry)
• 0.4297 pk(US dry)
• 4 qt(US liq)
• 8 pt(US liq)
• 16 c(US)
• 32 gi(US liq)
• 128 fl oz(US)
• 1024 fl dr(US)
• 3.7854e-3 m^3
• 0.1337 ft^3
• 4.951e-3 yd^3

Conversão de densidade de 1 kg/m^3:

Exemplo 2 da página original converte a densidade da água a 20 °C:

$998.21 \; \text{kg/m}^3 \times 0.0005780 = 0.5797 \; \text{oz/in}^3$

Exemplo 3 calcula a massa da água em um tanque. Um tanque com volume 10 m^3 contém água quente a 190 °F. Da tabela em °F, a densidade é 966,8 kg/m^3:

$10 \; \text{m}^3 \times 966.8 \; \text{kg/m}^3 = 9668 \; \text{kg}$

Imagens de Fonte Original

As seguintes imagens de fonte original são preservadas para evitar perder material de referência visual. Quando uma imagem contém dados de gráfico ou tabela, seus valores extraídos são representados nas tabelas da página, calculadoras ou gráficos interativos; as imagens restantes são mantidas como referências visuais de fonte.

Notas de Engenharia

• A relação densidade-temperatura não é linear. O coeficiente de expansão volumétrica, portanto, não é constante em toda a faixa de temperatura.
• A água é mais densa perto de 4 °C. Essa anomalia é importante em hidrostática, convecção natural, proteção contra congelamento e cálculos de tanques de armazenamento.
• Acima do ponto de ebulição normal, as tabelas a 1 atm não são mais dados de água líquida à pressão atmosférica; a fonte original reporta valores à pressão de saturação.
• A pressão aumenta a densidade da água líquida. O gráfico de pressão e as tabelas de alta pressão mostram a diferença entre 1 atm ou saturação, 1000 psi e 10000 psi.
• Nas tabelas do sistema consuetudinário dos EUA, lbm/ft^3 e lbf/ft^3 são numericamente semelhantes na gravidade padrão, mas densidade e peso específico são grandezas físicas diferentes.

Referências

• Engineering ToolBox - Densidade da Água, Peso Específico e Coeficientes de Expansão Térmica
• Conjuntos de dados de imagens originais restaurados como gráficos interativos de water_density_C.jpg, water_density_F.jpg e Water_density_temp_pressure_F.jpg.