calor latente

Calor latente

El calor latente es aquel que no se “siente”, ya que representa la energía térmica que es liberada o absorbida durante un cambio de fase, sin aumentar o disminuir la temperatura del sistema termodinámico. Existen varios tipos de calor latente, los cuales se rigen por los cambios de fase de una sustancia.

Los tipos de calor latente son el calor latente de fusión, el de vaporización, solidificación y condensación. En otras palabras, estos valores son las unidades de calor por masa que son requeridos para alcanzar el cambio de fase. En el campo de la termodinámica es común el estudio de la transferencia de calor y los efectos térmicos.

Estos efectos se involucran en cualquier proceso, incluso en los que ocurren a temperatura constante. Se observan entonces los dos tipos de calor que se pueden transferir a un cuerpo o sustancia y al ambiente que lo rodea durante un proceso, que se rigen por las propiedades individuales de la sustancia involucrada: el calor sensible y el calor latente.

El calor sensible es el que se refiere al calor que se “siente” o mide en el proceso a través de cambios de temperatura en el cuerpo. En cambio, el calor latente se refiere al momento en el cual se absorbe o se libera energía sin generar cambios de temperatura.

Calor latente de fusión

La fusión es un proceso físico que se representa como la transición de fase de una sustancia de sólido a líquido. Por tanto, el calor latente de fusión de una sustancia, o entalpía de fusión, es el cambio de entalpía que resulta de la absorción de energía y que lleva a la sustancia en cuestión a pasar de fase sólida a fase líquida a presión constante.

La temperatura a la que ocurre esta transición se hace llamar temperatura de fusión, y se asume la presión 1 atm o 101 325 kPa, dependiendo del sistema trabajado.

Gracias a la diferencia en las fuerzas intermoleculares, las moléculas en una fase líquida tienen una mayor energía interna que una sólida, por lo que los sólidos requieren una energía positiva (absorber calor) para derretirlos y llegar hasta el líquido, mientras que los líquidos deberán liberar calor para congelarse (solidificarse).

Este cambio de entalpía se puede aplicar a cualquier cantidad de sustancia que alcanza la fusión, por más pequeña que sea, y es un valor constante (la misma cantidad de energía) que se expresa en unidades de kJ/kg cuando se desea referirse a unidades de masa.

Siempre es una cantidad positiva, excepto en el caso del helio, lo cual significa que el helio se congela con la absorción de calor. El valor de calor latente de fusión para el agua es de 333,55 kJ/Kg.

Calor latente de vaporización

También llamada entalpía de vaporización es la cantidad de energía que debe agregarse a una sustancia en fase líquida para que esta realice una transición a la fase gaseosa. Este valor es en función de la presión a la cual ocurre la transformación.

Suele ser asociada con el punto de ebullición normal de una sustancia, es decir, el punto de ebullición que posee cuando la presión de vapor del líquido es igual a la presión atmosférica al nivel del mar (1 atm).

El calor de vaporización es dependiente de la temperatura, aunque se puede asumir que se mantiene constante a rangos de temperaturas pequeñas y en temperaturas mucho menores a uno.

Además, es importante denotar que el calor de vaporización va disminuyendo a altas temperaturas, hasta llegar a la llamada temperatura crítica de la sustancia, donde se equiparan. Más allá de la temperatura crítica, las fases de vapor y líquido se vuelven indiferenciables, y la sustancia pasa a estar en un estado de fluido supercrítico.

Matemáticamente, se expresa como el incremento de energía de la fase de vapor comparada con la energía en fase líquida, más el trabajo que debe aplicarse en contra de la presión atmosférica.

El primer término (incremento de energía) será la energía que se requerirá para vencer las interacciones intermoleculares que existen en el líquido, donde aquellas sustancias con mayores fuerzas entre enlaces (agua, por ejemplo) tendrán mayores calores latentes de vaporización (2257 kJ/Kg) que aquellas con poca fuerza entre sus enlaces (21 kJ/Kg).

 Calor latente de solidificación

El calor latente de solidificación es el calor involucrado en el cambio de fase de una sustancia de líquido a sólido. Como se dijo anteriormente, las moléculas de una sustancia en fase líquida poseen mayor energía interna que las sólidas, por lo que en la solidificación se libera la energía en vez de absorberla, como en la fusión.

Entonces, en un sistema termodinámico se puede decir que el calor latente de solidificación es el opuesto al de la fusión, ya que la energía involucrada es liberada hacia el exterior al ocurrir el cambio de fase.

Es decir, que si el valor de calor latente de fusión del agua es de 333,55 kJ/Kg, entonces el valor de calor latente de solidificación o congelación del agua será de -333,55 kJ/Kg.

Calor latente de condensación

El calor latente de condensación es aquel que se presenta cuando existe el cambio de fase de una sustancia de gaseoso a líquido, como en el caso del vapor de agua.

Respecto a la energía de cada molécula, en los gases esta es aún mayor que en los líquidos, por lo que también ocurre una liberación de energía cuando se pasa de la primera fase a la segunda.

De nuevo, puede decirse que el valor del calor latente de condensación será el mismo que el de vaporización, pero con un valor negativo. Entonces, un valor de calor latente de condensación para el agua será igual a -2257 kJ/Kg.

A mayor temperatura, disminuirá el calor de condensación, mientras que el punto de ebullición incrementará.