Balance de energía sin reacción: calor sensible y latente
Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026
El balance de energía de un equipo en estado estacionario se reduce casi siempre a Q − W = ΔH. Todo el trabajo está en calcular bien las entalpías de cada corriente.
La ecuación
Para un sistema abierto en estado estacionario, despreciando los cambios de energía cinética y potencial:
Q̇ − Ẇs = Σ ṅi Ĥi (sale) − Σ ṅi Ĥi (entra)
Q es el calor que recibe el sistema (positivo si entra) y Ws el trabajo de flecha que hace el sistema (bombas y compresores lo tienen negativo). En intercambiadores, mezcladores y calentadores Ws = 0.
Estado de referencia
La entalpía absoluta no se puede medir; solo diferencias. Por eso se elige un estado de referencia para cada componente (por ejemplo, agua líquida a 25 °C) y se calcula Ĥ como la entalpía para llevar el componente desde ese estado hasta el de la corriente. El resultado de Q no depende de la referencia elegida, siempre que sea la misma a la entrada y a la salida.
Trayectoria hipotética
La entalpía es función de estado, así que puedes llegar al estado final por el camino que más te convenga:
- Calor sensible: cambiar la temperatura sin cambiar la fase, ∫Cp dT.
- Calor latente: cambiar de fase a temperatura constante, por ejemplo ΔĤv en el punto de ebullición.
Para agua líquida a 25 °C que sale como vapor a 150 °C: calentar el líquido a 100 °C, vaporizar a 100 °C y calentar el vapor hasta 150 °C.
Capacidad calorífica
El Cp depende de la temperatura. Los libros lo dan como polinomio (a + bT + cT² + dT³); el NIST usa la ecuación de Shomate. Integrarlo da el calor sensible exacto. Un Cp constante es una buena aproximación en intervalos pequeños: para agua de 20 a 80 °C la diferencia es menor a 0.1 %, pero para gases entre 25 y 1,000 °C puede superar el 10 %.
Tipos de problemas
- Calcular Q con todas las temperaturas conocidas: calentar agua, vaporizar agua.
- Calcular una temperatura con Q conocido (por ejemplo, adiabático): mezcla adiabática.
- Calcular un flujo con el balance de energía: agua de enfriamiento de un intercambiador.
Cuando hay reacción química se usa otro estado de referencia: los elementos a 25 °C. Se explica en la guía de balance de energía con reacción.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa Q negativo?
Que el sistema cede calor a los alrededores, como al enfriar una corriente.
¿Necesito la presión?
Para líquidos y gases ideales la entalpía casi no depende de la presión. Sí importa en vapores a alta presión, donde conviene usar tablas de vapor.
Ejemplos resueltos relacionados
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