Propriedades térmicas da água — densidade, capacidade térmica e condutividade
Constantes termodinâmicas chave e valores de referência para engenharia da água, incluindo ponto de ebulição, ponto crítico, calor latente, densidade, capacidade calorífica, condutividade, viscosidade e expansão térmica.
Visão Geral
A água é um fluido de transferência de calor de referência para cálculos de HVAC, processos, geração de energia e laboratório. Esta página combina a visão geral original do Engineering ToolBox sobre propriedades térmicas da água com os valores práticos dependentes da temperatura comumente necessários para estimativas de engenharia.
A página de referência original é principalmente um índice de propriedades e resumo de constantes. As tabelas de temperatura abaixo representam valores de engenharia aproximados a cerca de 1 atm e devem ser utilizados como dados de referência convenientes; para cálculos em alta pressão, saturação ou região crítica, utilize as páginas de propriedades especializadas vinculadas ou as formulações IAPWS.
Constantes Termodinâmicas Fundamentais
Propriedade | Valor | Condição ou Unidades Equivalentes |
|---|---|---|
| Temperatura de ebulição | 99,974 °C = 211,953 °F | A 101,325 kPa |
| Módulo de elasticidade volumétrica | 2,15 x 10^9 Pa | Equivalente a N/m² |
| Temperatura crítica | 373,946 °C = 705,103 °F | As fases líquida e vapor se tornam indistinguíveis |
| Pressão crítica | 217,7 atm = 220,6 bar = 22,06 MPa = 3200 psi | Pressão no ponto crítico |
| Densidade crítica | 0,322 g/cm³ = 0,62478 slug/ft³ = 20,1018 lbm/ft³ | Densidade no ponto crítico |
| Constante de ionização | pKw = 13,995 | A 25 °C |
| Calor latente de fusão | 334 kJ/kg = 144 Btu/lb | Mudança de fase gelo-água |
| Calor latente de evaporação | 40.657 kJ/mol = 2256 kJ/kg = 970 Btu(IT)/lb | A 100 °C |
| Densidade máxima | 999.975 kg/m3 = 1.9403 slug/ft3 = 8.34519 lbm/US gal | A 4 °C |
| Temperatura de fusão | 0 °C = 32 °F | A 101.325 kPa |
| Massa molar | 18.01527 g/mol | H2O |
| pH | 6.9976 | A 25 °C |
| Calor específico, água líquida | 4.187 kJ/(kg K) = 1.001 Btu/(lbm °F) | A 15 °C / 60 °F |
| Calor específico, gelo | 2.108 kJ/(kg K) = 0.5035 Btu/(lbm °F) | Fase sólida |
| Calor específico, vapor d'água | 1.996 kJ/(kg K) = 0.4767 Btu/(lbm °F) | Fase de vapor |
| Peso específico | 9,806 kN/m3 = 62,43 lbf/ft3 | A 4 °C |
| Expansão térmica volumétrica | 4,2 x 10^-4 | De 4 °C a 100 °C; não-linear com a temperatura |
| Pressão do ponto triplo | 0,00604 atm = 0,00612 bar = 611,657 Pa = 0,08871 psi | Sólido, líquido e vapor coexistem |
| Temperatura do ponto triplo | 0,01 °C = 32,02 °F | Sólido, líquido e vapor coexistem |
Fonte: engineeringtoolbox.com
Propriedades Dependentes da Temperatura
Temperatura (degC) | Densidade (kg/m3) | Calor Específico (kJ/(kg K)) | Condutividade Térmica (W/(m K)) | Viscosidade Dinâmica (mPa s) | Número de Prandtl |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 999.8 | 4.217 | 0.561 | 1.792 | 13.5 |
| 10 | 999.7 | 4.193 | 0.58 | 1.307 | 9.45 |
| 20 | 998.2 | 4.182 | 0.598 | 1.002 | 7.01 |
| 30 | 995.7 | 4.178 | 0.615 | 0.798 | 5.42 |
| 40 | 992.2 | 4.179 | 0.631 | 0.653 | 4.33 |
| 50 | 988.1 | 4.181 | 0.644 | 0.547 | 3.55 |
| 60 | 983.2 | 4.185 | 0.655 | 0.467 | 2.99 |
| 70 | 977.8 | 4.19 | 0.663 | 0.404 | 2.55 |
| 80 | 971.8 | 4.197 | 0.67 | 0.355 | 2.21 |
| 90 | 965.3 | 4.205 | 0.675 | 0.315 | 1.95 |
| 100 | 958.4 | 4.216 | 0.679 | 0.282 | 1.75 |
Fonte: engineeringtoolbox.com
Fórmulas Principais
Transferência de Calor Sensível
onde é a taxa de transferência de calor, é a vazão mássica, é a capacidade calorífica específica e é a variação de temperatura.
Difusividade Térmica
onde é a difusividade térmica, é a condutividade térmica, é a densidade e é a capacidade calorífica específica.
Coeficiente de Expansão Volumétrica
A expansão da água é não-linear com a temperatura. Próximo a 4 °C, a água atinge a densidade máxima, de modo que o sinal e a magnitude de mudam ao redor desse ponto.
Calculadora de Calor Sensível
Transferência de Calor Sensível da Água
Tendências das Propriedades
Tendências das Propriedades da Água em Função da Temperatura
Páginas Relacionadas às Propriedades da Água
Use páginas de propriedades dedicadas quando pressão, limite de fase ou faixa de temperatura mais ampla forem importantes:
- Ponto de ebulição da água em pressões mais altas
- Densidade da água, peso específico e expansão térmica
- Viscosidade dinâmica e cinemática da água
- Entalpia e entropia da água
- Calor de vaporização da água
- Calor específico da água
- Difusividade térmica da água e do vapor
- Pressão de saturação da água
- Gravidade específica da água em função da temperatura
Referências
- Engineering ToolBox - Propriedades Térmicas da Água
- IAPWS, Lançamentos e Diretrizes para as Propriedades da Água e do Vapor
- NIST WebBook de Química, Propriedades Termofísicas de Sistemas de Fluido