Pressão da água líquida versus temperatura

24 de julho, 2013 às 15:31 | Postado em Gás e vapor, Mudanças de estado da matéria, Termologia, termodinâmica

Qual a variação da pressão da água líquida em função da temperatura? Tenho uma tubulação totalmente fechada completamente cheia de água (sem ar ou espaços vazios) e quero saber qual a variação de pressão com a variação de temperatura, por exemplo, de 20 para 25°C.

Muito obrigado

Esta variação de temperatura de 5°C na faixa de temperatura indicada, ocasionará uma pequena variação na pressão de vapor da água, cerca de 0,01 atm. Já esta mesma variação, partindo de 80°C, produzirá uma mudança na pressão de vapor de 0,1 atm e  partindo de 95°C, uma mudança na pressão de vapor de cerca de 0,3 atm.

O gráfico abaixo representa a pressão de vapor em função da temperatura.

A pressão de vapor (ou pressão de vapor saturado) é uma propriedade da substância mesmo que não esteja no estado de vapor.

Facilmente percebes em uma garrafa lacrada contendo água, aquecida em banho maria por exemplo, que a pressão dentro da garrafa aumenta mesmo que não haja incialmente gás lá dentro. E se houver gás (garrafa não perfeitamente preenchida de água) os acréscimos de pressão são em sua maior parte ocasionados pelo crescimento rápido da pressão de vapor saturado saturado. Observa no gráfico o crescimento “dramático” (muito rápido) da pressão de vapor saturado com a temperatura. Este gráfico é a representação da Lei de Clausius-Clapeyron para água.

Muito perigoso encerrar água em um recipiente hermético e aumentar a temperatura pois a pressão rapidamente aumenta com a temperatura, podendo facilmente atingir a pressão de ruptura do recipiente. Por exemplo, água liquida a 180°C somente é possível se o recipiente suportar cerca de 10 atm e a 300°C cerca de 100 atm!

Assim sendo, se a tubulação é perfeitamente fechada, sem comunicação com o meio externo ou algum outro reservatório de pressão, então a resposta é que ocorrerá uma variação da pressão de cerca 0,01 atm.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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Comentários adicionais em mensagens trocadas com  o Prof. Paulo Netz do IQ-UFRGs

Olá Lang

Me permita discordar da resposta (e me corrija se eu estiver errado!).

Se a tubulação está completamente fechada, sem ar ou espaços vazios, a pressão da água líquida deverá subir, não por causa da pressão de vapor, mas sim por causa do coeficiente isométrico (isocórico) de pressão (dP/dT)_V (que é o quociente entre o coeficiente isobárico de dilatação e o coeficiente isotérmico de compressibilidade).

Sendo o coeficiente de dilatação da água a 25 graus igual a 0,257 x 10^-3 K^-1 e o coeficiente de compressibilidade nas mesmas condições igual a 46 x 10^-6 atm^-1, o que resulta para o coeficiente de pressão 5,59 atm/K, ou seja, supondo que os coeficientes se alterem pouco com a temperatura, a elevação de 20 para 25 graus terá como resultado um aumento de pressão de quase 28 atm! Estamos supondo que a tubulação seja indilatável (para podermos usar o  coeficiente isométrico). Isto não corresponde à realidade, mas mesmo assim o aumento de pressão será muito maior do que apenas o efeito da pressão de vapor.

Abraço  –  Paulo Netz

Caro Paulo

Grato pelo comentário! Sempre considero muito benvindos os comentários pois ensejam a melhora da resposta que fica “eternamente” lá no CREF.O teu comentário é absolutamente correto para um encanamento RÍGIDO como bem notas E para água pura (sem gás dissolvido).Ontem no FB alguém fez uma pergunta sobre a dilatação da água líquida. Reproduzirei a essência da minha resposta de ontem.

Como bem notaste, se considerares um encanamento absolutamente rígido, a elevação da pressão seria enorme. Entretanto um encanamento “real” sempre pode se deformar e absorver facilmente este pequeno aumento de volume do líquido. Entretanto a elevação da pressão de vapor saturado NÃO depende do volume ocupado pela substância e portanto, após a deformação do encanamento, a elevação da pressão resulta ser aproximadamente aquela devida à variação da pressão de vapor saturado da água.

Ainda que o encanamento fosse rígido, como há normalmente gás dissolvido na água (microbolhas), o aumento de volume do líquido poderia ser compensado total ou parcialmente pela variação de volumedo gás disssolvido.

Por favor me corrija também caso discordes.

Esta pergunta NÃO é uma pergunta acadêmica pois a pessoa está tratando de entender o que realmente se passa em um encanamento real. A minha resposta foi dada tomando em consideração que deveria tentar me aproximar o máximo possível da situação real.
Abraços – Fernando

Caro Fernando Lang

Obrigado pela resposta, mas eu gostaria de insistir em um ponto. Acho que tanto a tua abordagem quanto a minha são casos limites, sendo que o caso real deve ficar mais ou menos no meio. Vejamos: se o encanamento ou o recipientefor rígido, como eu assumi na minha aproximação, de fato o aumento da pressão se deve ao coeficiente térmico de pressão da água (podendo ser interpretado meio livremente como uma “dilatação impedida”).

No entanto, para que o aumento de pressão possa ser atribuído somente à pressão de vapor, deves pressupor não somente que o encanamento ou recipiente são dilatáveis, mas o seu coeficiente de dilatação é maior do que o do líquido. Acho que este ponto é importante. Se o coeficiente de dilatação do recipiente for maior que o do líquido, de fato a deformação do recipiente absorve facilmente o aumento de volume do líquido. Neste caso, de fato o aumento de pressão se deve ao aumento da pressão de vapor.Se o coeficiente de dilatação do líquido for maior que o do recipiente que o contém, no entanto, haverá um aumento significativo de pressão, maior do que o causado pelo aumento da pressão de vapor, porém menor do que o que haveria no caso de um recipiente rígido. Qual a tua opinião a respeito?
Abraço – Paulo Netz

Caro Paulo

Não tenho dúvida que tens razão tratando-se de água exclusivamente. Entretanto dificilmente é o caso pois, como bem sabemos, a água encanada possui grande quantidade de gases dissolvidos. No Campus do Vale frequentemente temos tanto gás dissolvido que tenho que deixar a água em repouso, após coletá-la em um recipiente, para que se torne transparente. Ali, as microbolhas de gás são tão grandes que produzem espalhamento (scattering) da luz branca, dando aquele aspecto leitoso, que depois de algum tempo, desaparece.

Ora, neste caso me parece evidente que as pequenas variações no volume da água, por dilatação térmica, parcial ou totalmente são absorvidas neste gás.

Abraços – Fernando

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