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3.2.- Calor sensible y calor latente

Cuando se produce un cambio de estado, por ejemplo de líquido a vapor, el calor suministrado se emplea en ese cambio de estado, permaneciendo constante la temperatura. Por ello hablamos de dos tipos de calor:

  • Calor sensible es el calor que el cuerpo utiliza para aumentar su temperatura y se corresponde con los ejemplos y ejercicios vistos hasta ahora.
  • Calor latente es el calor que se suministra a un cuerpo y no se aprecia en un termómetro, es decir, que no aumenta su temperatura. Toda la energía que se le suministra en forma de calor lo está empleando en realizar un cambio de estado.

El calor latente de evaporación del agua es mucho mayor que el calor sensible necesario para subir su temperatura desde los 0 ºC hasta los 100 ºC Esta propiedad, común a muchos compuestos, va a ser de mucha utilidad en varios campos de los sistemas energéticos, por ejemplo en refrigeración. En el gráfico siguiente podemos ver una combinación de calor sensible y latente, en el proceso por el que calentamos un bloque de hielo hasta conseguir vapor de agua a alta temperatura.

Cambios de estado del agua
Cambios de estado del agua


La tabla siguiente muestra los valores de calores latentes de fusión y de evaporación de algunas sustancias. Hay que tener presente que, si una sustancia se evapora, debe absorber el calor señalado por cada unidad de masa, pero que si se condensa, ocurre justamente lo contrario, cede este calor a su entorno. Con la fusión ocurre exactamente igual, una sustancia que se funde (pasa de sólido a líquido, debe absorber calor, mientras que una que se solidifica, cede calor al exterior. También se muestran las temperaturas a las que se producen estos cambios de estado, a la presión atmosférica normal.

En esta tabla, tenemos las temperaturas de ebullición-evaporación de diferentes sustancias a la presión atmosférica normal. Al suministrar calor, las moléculas en estado líquido, se mueven, y son capaces de "saltar" y desunirse totalmente unas de otras y pasar al estado de vapor. A presión atmosférica, la temperatura de ebullición del agua es de 100 ºC. Sin embargo, en un monte a 3 000 m de altitud, la presión atmosférica es menor que a nivel del mar. Las moléculas de agua que pasan al estado vapor, tienen que realizar menos esfuerzo para evaporarse y, por lo tanto, lo hacen a una temperatura inferior de 100 ºC, en concreto, el agua se evapora a 89,4 ºC

Otra situación cotidiana en la que se juega con la presión y la temperatura son las ollas a presión. A presión atmosférica sólo podemos cocinar los alimentos a 100 ºC, pero si los encerramos en una olla y aumentamos la presión interior la temperatura de cocción será superior a 100 ºC. Por este motivo se utilizan las ollas a presión: permiten cocinar a temperaturas más elevadas que un recipiente convencional y la cocción se realiza antes. A cada presión le corresponde una temperatura de evaporación o temperatura de saturación. Para el agua, esta relación, a presiones manométricas (por encima de la presión atmosférica) es:

Gráfico de presión-temperatura de evaporación del agua
Relación entre la presión y la temperatura de evaporación del agua



Debes conocer

En la siguiente simulación puedes experimentar con los cambios de estado del agua y observar cómo se comporta a las diferentes temperaturas.

Simulador de cambios de estado del agua

Ejercicio resuelto

¿Cuánto calor tengo que suministrar a 1 kg de hielo a – 10 ºC hasta convertirlo en vapor de agua a 100 ºC?

Datos:

  • Calor específico del hielo: 2 090 J/Kg K
  • Calor fusión hielo: 334 ∙ 103 J/Kg
  • Calor específico del agua: 4 180 J/Kg K
  • Calor evaporación del agua 2 260 ∙ 103 J/Kg

Ejercicio para resolver

1. Determina la energía térmica necesaria para transformar 40 g de hielo a -10 ºC y a presión atmosférica en vapor de agua a una temperatura de 100 ºC.  Los datos, a una presión determinada, son los siguientes (difieren algo de los de la tabla, que están a lapresión atmosférica): Lfusión_hielo = 80 cal/g ; Lvap_agua = 540 cal/g ; chielo = 2 114 J/g·ºC ; cagua = 4 181 J/g·ºC 

Autoevaluación

Pregunta

1. Si tenemos hielo a - 30 ºC y deseamos fundirlo deberemos:

Respuestas

Aplicar un calor latente en primer lugar para conseguir subir su temperatura

Aplicar un calor sensible para bajar su temperatura hasta la de fusión

Aplicar una energía térmica suficiente para subir su temperatura a 0 ºC y otra energía para fundirlo y conseguir agua líquida a 0 ºC

Retroalimentación


Pregunta

2. Se tiene 4,5 kg de agua a 0 °C. ¿Qué parte de esta masa ha de congelarse para que el calor desprendido transforme a la otra parte en vapor a 100 °C (suponiendo que no hay pérdidas y el rendimiento es del 100 %)?

Respuestas

1 kg

2 kg

2,6 kg

1,3 kg

4 kg

Retroalimentación