Densidad y peso específico del agua

Descripción general

La densidad es la relación entre masa y volumen:

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

donde $\rho$ es la densidad, $m$ es la masa y $V$ es el volumen. La densidad se expresa comúnmente como g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3 o sl/ft^3.

El agua pura alcanza su densidad máxima, aproximadamente 1000 kg/m^3 o 1.940 slug/ft^3, a 4 degC (39.2 degF). Por encima de esta temperatura, la densidad disminuye a medida que el agua se expande.

El peso específico es la relación entre peso y volumen:

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

donde $\gamma$ es el peso específico y $g$ es la aceleración de la gravedad. La gravedad estándar se toma normalmente como 9.80665 m/s^2 o 32.17405 ft/s^2.

Para agua a 4 degC en unidades SI:

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

En unidades imperiales de ingeniería, la densidad del agua a 39 degF es 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 de Densidad del Agua en Línea

La página original incluye una calculadora para la densidad del agua líquida a una temperatura dada y reporta la densidad como g/cm^3, kg/m^3, lb/ft^3, lb/gal(US liq) y sl/ft^3. Los rangos de temperatura válidos originales son 0-370 degC, 32-700 degF, 273-645 K y 492-1160 degR.

La calculadora de abajo utiliza una aproximación de presión atmosférica estándar para agua líquida cerca del rango líquido ordinario. Use los valores tabulados para trabajo de diseño, condiciones de saturación por encima de 100 degC, o presión elevada.

Variables

Gráficos Interactivos de Densidad

La página original contiene tres imágenes de densidad: densidad del agua versus temperatura en degC, densidad del agua versus temperatura en degF, y densidad versus temperatura a presión elevada. Los gráficos de abajo recrean esos conjuntos de datos de imágenes a partir de los valores tabulados originales para que las curvas puedan inspeccionarse interactivamente.

Densidad, Peso Específico y Expansión Térmica en degC

Los valores de 0-100 degC están a 1 atm. Los valores superiores a 100 degC están a presión de saturación.

Densidad, Peso Específico y Expansión Térmica en degF

Los valores de 32-212 degF están a 1 atm. Los valores superiores a 212 degF están a presión de saturación.

Densidad y Peso Específico a 1000 psi

La tabla original da la densidad y el peso específico del agua a 1000 psi (68.1 atm). A esta presión, el punto de ebullición anotado en la fuente es 284.8 degC (544.58 degF).

Densidad y Peso Específico a 10000 psi

Conversiones de Unidades y Ejemplos

El peso por galón estadounidense se basa en 7.48 gal/ft^3.

Un galón líquido estadounidense 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

Conversión de densidad de 1 kg/m^3:

Ejemplo 2 de la página original convierte la densidad del agua a 20 degC:

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

Ejemplo 3 calcula la masa del agua en un tanque. Un tanque con volumen de 10 m^3 contiene agua caliente a 190 degF. De la tabla de degF, la densidad es 966.8 kg/m^3:

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

Imágenes de fuente original

Las siguientes imágenes de fuente original se preservan para evitar perder material de referencia visual. Cuando una imagen contiene datos de gráficos o tabulares, sus valores extraídos se representan en las tablas de la página, calculadoras o gráficos interactivos; las imágenes restantes se retienen como referencias de fuente visuales.

Notas de ingeniería

• La relación densidad-temperatura no es lineal. Por lo tanto, el coeficiente de expansión volumétrico no es constante en todo el rango de temperatura.
• El agua es más densa cerca de 4 degC. Esta anomalía es importante en hidrostática, convección natural, protección contra congelación y cálculos de tanques de almacenamiento.
• Por encima del punto de ebullición normal, las tablas a 1 atm ya no contienen datos de agua líquida a presión atmosférica; la fuente original reporta valores a presión de saturación.
• La presión aumenta la densidad del agua líquida. El gráfico de presión y las tablas de alta presión muestran la diferencia entre 1 atm o saturación, 1000 psi y 10000 psi.
• En las tablas del sistema consuetudinario de EE.UU., lbm/ft^3 y lbf/ft^3 son numéricamente similares bajo gravedad estándar, pero la densidad y el peso específico son cantidades físicas diferentes.

Referencias

• Engineering ToolBox - Densidad del Agua, Peso Específico y Coeficientes de Expansión Térmica
• Conjuntos de datos de imágenes originales restaurados como gráficos interactivos a partir de water_density_C.jpg, water_density_F.jpg y Water_density_temp_pressure_F.jpg.