Balance de energía con reacción: método de calores de formación
Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026
Cuando hay reacción, las sustancias que entran no son las que salen, y el calor de reacción entra al balance. Hay dos formas equivalentes de manejarlo; la de calores de formación es la más fácil de aplicar a cualquier problema.
Calor estándar de reacción
Es el cambio de entalpía cuando la reacción ocurre a 25 °C y 1 atm, con reactivos y productos en fases definidas. Se calcula con los calores de formación:
ΔĤr° = Σ νi · ΔĤf°i
Para CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O(g): ΔĤr° = (−393.51) + 2(−241.826) − (−74.87) − 0 = −802.29 kJ/mol. Es negativo, así que la reacción libera calor (exotérmica). Con agua líquida (ΔĤf° = −285.83) sale −890.3 kJ/mol: la diferencia es el calor de condensación del agua.
Método de calores de formación
Se toman como referencia los elementos a 25 °C y 1 atm. Así, la entalpía de cada componente en una corriente es:
Ĥi = ΔĤf°i + ∫25 °CT Cp dT (+ calores latentes si cambia de fase)
y el balance queda igual que sin reacción: Q − Ws = Σ ṅĤ (sale) − Σ ṅĤ (entra). El calor de reacción no aparece explícito, pero está incluido en los calores de formación. Es el método que usa la calculadora cuando un equipo con reacciones tiene balance de energía.
Método de calor de reacción
La alternativa toma como referencia las especies a 25 °C y suma el calor de reacción explícitamente:
Q − Ws = ξ · ΔĤr° + Σ ṅĤ (sale) − Σ ṅĤ (entra)
donde ahora Ĥ es solo calor sensible y latente. Con una sola reacción es cómodo; con varias reacciones o reacciones no definidas, el método de calores de formación es más simple y menos propenso a errores. Ambos dan el mismo resultado.
Ejemplo: calor que libera un horno
Si 100 kmol/h de metano se queman por completo con aire en exceso, y todo entra y sale a 25 °C con el agua como vapor, no hay calor sensible y:
Q = 100 × (−802.29) × 1,000 = −80,229,200 kJ/h ≈ −22.3 MW
Está resuelto paso a paso en el ejemplo del calor de combustión del metano.
Temperatura adiabática de flama
Si el quemador está aislado (Q = 0), el calor de la reacción calienta los gases. La temperatura de salida se obtiene igualando las entalpías de entrada y salida; como T está dentro de las integrales de Cp, se resuelve por tanteo o con un método numérico. Para metano con 20 % de aire en exceso y alimentación a 25 °C resulta cerca de 1,796 °C: ver el ejemplo de temperatura de flama.
A estas temperaturas importa usar Cp variable: con el Cp a 25 °C la temperatura saldría cientos de grados más alta.
Datos que necesitas
Para cada componente: su calor de formación en la fase en que aparece, su Cp en esa fase y, si cambia de fase, su calor latente. La calculadora trae estos datos del NIST para los componentes del catálogo. Para un componente propio puedes capturar su ΔĤf° y su Cp.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el calor de formación de O₂ y N₂ es cero?
Porque son elementos en su estado natural a 25 °C, que es justamente el estado de referencia.
¿Qué signo tiene Q en una combustión?
Negativo si los productos salen fríos: el equipo cede calor. Si el equipo es adiabático, Q = 0 y la energía se queda en los gases como temperatura.
Ejemplos resueltos relacionados
Calor liberado al quemar metano: balance de energía con reacción
Ejemplo resuelto de balance de energía con reacción por el método de calores de formación: calor que libera un horno que quema 100 kmol/h de metano.
EnergíaTemperatura adiabática de flama del metano con 20 % de aire en exceso
Ejemplo resuelto de temperatura adiabática de flama: metano con 20 % de aire en exceso, combustión completa, con Cp variable del NIST y calores de formación.
CombustiónCombustión de metano con 20 % de aire en exceso
Ejemplo resuelto de combustión completa de metano con 20 % de aire en exceso: oxígeno teórico, flujo de aire, gases de combustión en base húmeda y seca.
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