Calor latente: vaporizar agua de 25 °C a vapor a 100 °C
Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026
Cuando hay cambio de fase, la entalpía se calcula con una trayectoria hipotética: calentar el líquido hasta el punto de ebullición, vaporizar a esa temperatura y, si hace falta, calentar el vapor. Cada tramo se suma por separado.
Enunciado
Se alimenta 1 kmol/h de agua líquida a 25 °C a un evaporador y sale como vapor saturado a 100 °C. ¿Cuánto calor se requiere?
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Solución paso a paso
1. Diagrama de flujo
2. Datos, unidades y notación
Notación:
- ṅi,F = flujo molar del componente i en la corriente F (kmol/h).
- ṅF = Σi ṅi,F (kmol/h); ṁF = Σi Mi ṅi,F (kg/h).
3. Análisis de grados de libertad
| Subsistema | Variables | Balances | Datos y relaciones | GL |
|---|---|---|---|---|
| Evaporador E | 3 | 2 | 1 | 0 |
| Sistema completo | 3 | 3 ecuaciones | 0 | |
GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.
4. Ecuaciones planteadas
- Dato · F1 ṅF1 = 1 kmol/h
- Balance · E ṅH2O,F2 = ṅH2O,F1
- Energía · E Q̇E − 0 = Σsale ṅiĤi − Σentra ṅiĤibalance de energía en estado estacionario, sin cambios de energía cinética ni potencial
5. Solución paso a paso
- De la ecuación (1) ⇒ ṅH2O,F1 = 1 kmol/h
- De la ecuación (2): ṅH2O,F2 = (1) ⇒ ṅH2O,F2 = 1 kmol/h
- De la ecuación (3) ⇒ Q̇E = 46,320 kJ/h
6. Resultados
F1 · 25 °C, líquido
| Componente | kmol/h | Fracción molar | kg/h | Fracción másica |
|---|---|---|---|---|
| H2O | 1 | 1 | 18.015 | 1 |
| Total | 1 | 1 | 18.015 | 1 |
F2 · 100 °C, gas
| Componente | kmol/h | Fracción molar | kg/h | Fracción másica |
|---|---|---|---|---|
| H2O | 1 | 1 | 18.015 | 1 |
| Total | 1 | 1 | 18.015 | 1 |
| Otras incógnitas | Valor |
|---|---|
| Q̇E | 46,320 kJ/h |
7. Balance de energía
Estados de referencia: H2O (líquido, 25 °C). Ĥ en kJ/kmol.
Evaporador E
| Corriente | Comp. | T (°C) | Flujo | Ĥ | Trayectoria | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| entra | F1 | H2O (líquido) | 25 | 1 | 0 | 0 (estado de referencia) |
| sale | F2 | H2O (gas) | 100 | 1 | 46,320 | ∫Cp(l) de 25 a 100 °C: 5,660.2 + vaporización a 100 °C: 40,660 |
ΔĤ = Σsale − Σentra = 46,320 − 0 = 46,320 kJ/h
Q − Ws = ΔĤ ⇒ Q = 46,320 kJ/h (se agrega calor)
Datos de Cp, calores latentes: NIST Chemistry WebBook, SRD 69 (webbook.nist.gov).
8. Verificación (entra + genera = sale)
| Equipo | Balance | Entra | Genera | Sale | Error |
|---|---|---|---|---|---|
| Evaporador E | Balance de H2O | 1 | 0 | 1 | ✓ 2.6 × 10-10 % |
| Evaporador E | Masa total | 18.015 | 0 | 18.015 | ✓ 2.6 × 10-10 % |
| Evaporador E | Energía (Q − W − ΔH) | ✓ 0 % |
Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10-4 %. Todos los balances cierran.
Claves del problema
- Tramo 1: líquido de 25 a 100 °C = ∫Cpl dT ≈ 5,660 kJ/kmol.
- Tramo 2: vaporización a 100 °C, ΔĤv = 40,660 kJ/kmol (NIST).
- Q = 1 × (5,660 + 40,660) ≈ 46,320 kJ/h. El calor latente es el 88 % del total.
- La calculadora muestra la trayectoria de cada componente en la tabla de entalpías.
Errores comunes
- Olvidar el calor sensible del líquido hasta el punto de ebullición.
- Usar el calor latente a 25 °C con el sensible del vapor: también es válido, pero hay que ser consistente con la trayectoria elegida.
Preguntas frecuentes
¿El resultado depende de la trayectoria?
No. La entalpía es función de estado; cualquier trayectoria entre los mismos estados da el mismo ΔH si los datos son consistentes.
¿Y si la presión no es 1 atm?
El punto de ebullición y el calor latente cambian. Para agua a otras presiones conviene usar tablas de vapor.
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