Gęstość i lepkość wody

W gospodarstwach domowych woda jest używana do celów sanitarno-bytowych. Jest również przekaźnikiem ciepła i może je pobierać, magazynować, i oddawać.

Gęstość i lepkość wody są właściwościami wody istotnymi przy badaniu zagadnień związanych z przepływami w instalacjach i urządzeniach cieplno-przepływowych. Stanowią jedne z danych niezbędnych do obliczeń z mechaniki płynów i są wykorzystywane głównie przez projektantów instalacji i urządzeń cieplno-przepływowych do ilościowego opisu zjawisk przepływowych zachodzących w urządzeniach i instalacjach.

Gęstość wody

Gęstość to stosunek masy do objętości, jaką dana masa zajmuje.



gdzie:

• m to masa [kg]
• V to objętość [m]³

Gęstość oznaczana jest zwykle łacińską literą d lub grecką literą ρ (rho). W międzynarodowym układzie miar SI jednostką gęstości jest [kg/m3], ale może być ona również określana w [kg/l] lub [g/m³]
W przypadku wody gęstość nie ma stałej wartości, a jej wielkość zależy od temperatury i ciśnienia.
Pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym można określić gęstość wody dla danej temperatury, stosując poniższy wzór ¹



gdzie:
- t to temperatura [K]


Na ogół gęstość płynów zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, ale woda zachowuje się w tym przypadku anormalnie i największą gęstość osiąga w temperaturze 4 stopni Celsjusza.

Gęstość wody w zależności od temperatury

Poniżej przedstawiamy tabelę obrazującą gęstość wody dla określonych wartości temperatury przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym o wartości 1013,25 [hPa]:

Gęstość wody w zależności od temperatury

Temperatura	Gęstość	Temperatura	Gęstość	Temperatura	Gęstość	Temperatura	Gęstość	Temperatura	Gęstość	Temperatura	Gęstość
[oc]	[kg/m3]	[oc]	[kg/m3]	[oc]	[kg/m3]	[oc]	[kg/m3]	[oc]	[kg/m3]	[oc]	[kg/m3]
-10	998,15	5	999,99	20	998,23	35	994,06	50	988,07	110	951
-9	998,43	6	999,97	21	998,02	36	993,71	51	987,61	120	943,4
-8	998,69	7	999,93	22	997,8	37	993,36	52	987,15	130	935,2
-7	998,92	8	999,88	23	997,56	38	992,99	53	986,69	140	926,4
-6	999,12	9	999,81	24	997,32	39	992,63	54	986,21	150	917,3
-5	999,3	10	999,73	25	997,07	40	992,24	55	985,73	160	907,5
-4	999,45	11	999,63	26	996,81	41	991,86	60	983,24	170	897,3
-3	999,58	12	999,52	27	996,54	42	991,47	65	980,59	180	886,6
-2	999,7	13	999,4	28	996,26	43	991,07	70	977,81	190	875
-1	999,79	14	999,27	29	995,97	44	990,66	75	974,89	200	862,8
0	999,87	15	999,13	30	995,67	45	990,25	80	971,83	210	850
1	999,93	16	998,97	31	995,37	46	989,82	85	968,65	220	837
2	999,97	17	998,8	32	995,05	47	989,4	90	965,34	230	823
3	999,99	18	998,62	33	994,73	48	988,96	95	961,92	240	809
4	1000	19	998,43	34	994,4	49	988,52	100	958,38	250	794

W warunkach normalnych woda o temperaturze 4OC ma największą gęstość, która wynosi 1000 kg/m³, więc przyjmuje się, że 1 litr wody waży 1 kg.

Lepkość wody

Lepkość to kolejna, po gęstości, istotna właściwość płynów. Występuje ona tylko podczas ruchu względnego warstw płynu sąsiadujących ze sobą i zanika po jego ustaniu. Lepkość polega na powstawaniu naprężeń stycznych, które można traktować jako siły tarcia wewnętrznego, podczas przesuwania się po sobie z różnymi prędkościami warstw płynu o niewielkiej grubości. Lepkość stanowi opór przeciw płynięciu, więc im mniejsza lepkość, tym rzadsza i bardziej płynna jest ciecz. Pomiarów lepkości cieczy dokonuje się za pomocą lepkościomierzy (wiskozymetrów).


Współczynnik lepkości dynamicznej
Lepkość dynamiczna, zwana również dynamicznym współczynnikiem lepkości, to miara lepkości płynu w przepływie z występującym gradientem prędkości. Oznaczana jest grecką literą μ (mi) i wyraża stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania:

gdzie:
- τ to naprężenie ścinające [Pa],
- γ to szybkość ścinania [1/s]
Lepkość dynamiczna oznaczana jest grecką literą μ (mi), a jej jednostką w układzie SI jest [Pa·s] lub [kg /(m⋅s)].


Współczynnik lepkości kinematycznej (kinetycznej)
Lepkość kinetyczna (kinematyczna), zwana kinematycznym współczynnikiem lepkości, to iloraz lepkości dynamicznej przez gęstość:

gdzie:
- μ to lepkość dynamiczna [kg /(m⋅s)]
- ρ to gęstość [kg/m³]
Lepkość kinetyczna oznaczana jest grecką literą ν (ni), a jej jednostką w układzie SI jest [m²/s].

Lepkość wody w zależności od temperatury

Poniżej przedstawiamy tabelę obrazującą lepkość dynamiczną wody dla określonych wartości temperatury:

Lepkośc wody w zależności od temperatury

Temperatura	Lepkość dynamiczna wody	Temperatura	Lepkość dynamiczna wody
[oC]	10-6 [kg/m.s]	[oC]	10-6 [kg/m.s]
0	1797	70	407
5	1518	80	357
10	1307	90	317
15	1140	100	284
20	1004	110	256
25	895	120	232
30	803	130	212
40	655	140	196
50	551	150	184
60	470	160	174

_______________________________
¹Krystyna Jeżowiecka-Kabsch, Henryk Szewczyk, Mechanika płynów, Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2001, s. 358

Opracowanie redakcja : (A.K.)
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.klimatyzacja.pl