Calor sensible y calor latente: qué son y cómo influyen en el consumo de energía de refrigeración

El calor latente es un concepto fundamental para entender cómo una sustancia cambia de un estado a otro, y cómo eso influye en el proceso energético de la misma. En este artículo, te explicamos en qué consiste el también llamado calor de cambio de estado, en qué se diferencia del calor sensible, y por qué es importante. 

¿Qué es el calor latente?

En primer lugar, vamos a explicar a qué nos referimos cuando hablamos de calor latente. Se trata de la energía que absorbe una sustancia cuando pasa de un estado a otro. 

Cuando un material o una sustancia cambia de estado, se produce una absorción o una cesión de calor latente. Así, cuando un líquido pasa al estado gaseoso, absorbe este tipo de calor. De la misma forma, cuando un gas se condensa y pasa al estado líquido, cede calor latente. La clave para distinguir el calor latente es que, mientras suceden dichos procesos, no hay cambios de temperatura.

En este sentido, es importante tener claro que, cuando un sistema absorbe o cede una determinada cantidad de calor, pueden suceder dos cosas:

• Que haya un cambio en su temperatura, en cuyo caso hablaríamos de calor sensible.
• Que solo cambie de fase sin que varíe su temperatura, es decir, calor latente. 

Tipos de calor latente

Ahora que ya sabes qué es el calor de cambio de estado, y que este se manifiesta en cualquier proceso de cambio de fase, vamos a ver cuáles son los tipos de cambio de fase:

• Vaporización: transformación de líquido a gas.
• Fusión: cambio de sólido a líquido.
• Solidificación: proceso de líquido a sólido.
• Sublimación: cambio de sólido a gas.
• Condensación: variación de gas a líquido.

En este punto es importante aclarar la diferencia entre dos conceptos clave. Cuando se produce un cambio del estado sólido al líquido, hablamos de calor latente de fusión. En cambio, si se pasa del estado líquido al gaseoso, hablamos de calor latente de vaporización del agua.

Además, el calor latente de fusión y vaporización no es el mismo para todas las sustancias. Cada una tiene sus propias características moleculares, lo que influye directamente en su calor de cambio de estado. 

El proceso de transmisión de este tipo de calor

La fórmula que nos permite calcular la cantidad de calor que se necesita para cambiar de estado es la siguiente:

Q=mL,

Siendo "m" la masa de la sustancia que cambia de estado, y "L", el calor latente de dicha sustancia. Este último depende del tipo de cambio de fase.

Si se entrega calor en forma de calor sensible a cierta masa de sustancia cuya temperatura es menor a su temperatura de congelación, permanecerá en estado sólido hasta que su temperatura alcance el punto de fusión.

En este proceso de fusión, el producto permanece a temperatura constante y comienza a fundirse, llevando a cabo un proceso de transferencia de calor.

Durante el proceso de fusión, la mezcla de producto líquido y sólido continúa a la temperatura constante de fusión hasta que todo el sólido haya pasado a un estado líquido.

Cuando solo hay líquido, el calor transferido aumenta la temperatura, lo que supondría una nueva transferencia en forma de calor sensible.

Normalmente, el calor latente es, en magnitud, mucho más elevado que el calor sensible.

Calor latente del agua

Si nos centramos en el calor latente del agua, es importante señalar que no es el mismo para los distintos procesos de vaporización, condensación y fusión. 

En este caso, el calor latente de fusión (cambio de sólido a líquido) necesita 334 kJ/kg de calor para que 1 kg de hielo a 0 °C se transforme en 1 kg de agua a 0 °C. 

En cambio, cuando pasamos de líquido a vapor (calor latente de vaporización) a una temperatura de 100 °C, se necesitan 2.260 kJ/kg.

Vamos a explicarlo más detalladamente con un ejemplo. Imaginemos un cubito de hielo, que se encuentra a una temperatura por debajo de 0 °C. Desde que se alcanzan los 0 °C hasta que se derrita completamente, la temperatura de esa agua no variará. ¿Por qué? Porque el calor de cambio de estado no hace que cambie la temperatura, sino que simplemente hace que ese cubito de agua pase de estado sólido a líquido (calor latente de fusión). 

Más adelante, una vez que el agua se haya derretido, la temperatura irá aumentando. En el momento en que alcance los 100 °C, el agua volverá a cambiar de estado, pasando de líquido a vapor (calor latente de vaporización del agua). En este proceso, la temperatura se mantendrá en 100 °C hasta que se haya evaporado por completo. Una vez más, no hay cambio de temperatura, sino de estado.

¿Cómo influye en el proceso de refrigeración?

El calor latente ejerce una determinada influencia en cualquier proceso de refrigeración. De hecho, cuando introducimos cualquier producto en una cámara de refrigeración, hay tres etapas distintas que forman parte del proceso:

1. a) Enfriamiento sensible desde que el producto pasa de la temperatura inicial a la de congelación.
2. b) Enfriamiento latente (calor latente) en el proceso de congelación, sin que haya cambio térmico.
3. c) Enfriamiento sensible desde que pasa de la temperatura de congelación hasta que alcanza la temperatura final deseada, que es la de conservación. En este sentido, la temperatura ideal será diferente según la composición y estructura de cada producto.

El calor latente de solidificación reaparece cuando se enfría el líquido a su temperatura de fusión y empieza a adquirir un aspecto sólido. A medida que se extrae calor del producto, este se solidifica y su temperatura no desciende. El calor que se libera cuando cierta masa de producto se transforma en sólida, sin cambiar su temperatura, es también el calor latente de fusión.

Energía requerida en el proceso de conservación

Al igual que el calor latente influye en un proceso de refrigeración, sucede lo mismo cuando hay un proceso de enfriamiento industrial. En una cámara frigorífica, los calores sensibles y latentes determinan la cantidad de energía necesaria para llevar a cabo la conservación del producto.

Esta cantidad de energía, por su parte, depende del tipo de producto. Para identificarlo, se suelen utilizar tablas o bases de datos que contienen las propiedades para cada uno de ellos. Si tomamos como ejemplo los alimentos, dichos valores determinan la potencia que deberá tener la cámara frigorífica para conservarlos.

El calor latente y la energía fotovoltaica

En un momento en el que la apuesta por las energías renovables es clara, cabe preguntarse cómo se pueden aprovechar al máximo. Especialmente, energías como la fotovoltaica, cuyo uso está más extendido tanto en el ámbito profesional como en el doméstico.

El calor de cambio de estado permite conservar el excedente de energía obtenida a través de placas solares durante más tiempo. Así, se podría aprovechar la energía sobrante durante la noche, momento en el que no se está generando energía nueva. 

El almacenamiento de dicha energía en baterías que funcionen a base de ese calor no solo contribuiría a un uso totalmente integral de la energía solar, sino también a un importante ahorro de costes energéticos. 

Y, si no tienes placas solares, también es interesante conocer cómo funciona el este tipo de calor en un sistema de calefacción doméstico para saber cómo aprovecharlo al máximo.

Por lo tanto, entender qué es el calor latente y cómo funciona puede ser clave para lograr una optimización total de los recursos naturales. ¡Y estar siempre a tope de energía!