Cuánta energía cuesta calentar algo
Calentar un litro de agua para un té, una olla de pasta o el agua de un termo eléctrico requiere una cantidad de energía que se puede calcular con precisión. Depende de la masa, del salto de temperatura y de una propiedad del material: su calor específico, o capacidad calorífica específica.
Las fórmulas
Q = m × c × ΔT
Tiempo de calentamiento = Q ÷ potencia, sin pérdidas.
1 kWh = 3,6 MJ y 1 kcal = 4184 J
Donde Q es la energía en julios, m la masa en kg, c el calor específico en J/(kg·K) y ΔT la diferencia de temperatura. Un grado Celsius y un kelvin de diferencia son lo mismo.
Ejemplo resuelto
Para calentar 1 litro de agua, 1 kg, de 20 a 100 °C hacen falta 1 × 4186 × 80 = 334.880 J, unos 0,093 kWh u 80 kcal. Un hervidor de 2000 W tardaría 2 minutos y 47 segundos sin pérdidas; en la práctica, algo más. Con la electricidad a 0,18 €/kWh, cuesta menos de 2 céntimos.
Calores específicos habituales
| Material | c (J/(kg·K)) |
|---|---|
| Agua | 4186 |
| Hielo | 2100 |
| Aceite de oliva | 1970 |
| Madera | 1700 |
| Aire | 1005 |
| Aluminio | 897 |
| Hormigón | 880 |
| Vidrio | 840 |
| Hierro y acero | 450 |
| Cobre | 385 |
Por qué el agua es especial
El agua tiene uno de los calores específicos más altos de las sustancias comunes: para calentarla hace falta casi cinco veces más energía que para el aluminio de la misma masa. Por eso:
- el mar se calienta y se enfría despacio, y el clima de la costa mediterránea es más suave que el del interior peninsular;
- los sistemas de calefacción por agua y los radiadores de aceite guardan bien el calor;
- una bolsa de agua caliente dura horas.
El cambio de estado no está incluido
La fórmula vale mientras el material no cambie de estado. Fundir el hielo y evaporar el agua requieren además el calor latente:
- fundir 1 kg de hielo a 0 °C: 334 kJ, tanto como calentar ese kilo de agua de 20 a 100 °C;
- evaporar 1 kg de agua a 100 °C: unos 2260 kJ, casi siete veces más.
Aplicaciones prácticas
- Termo eléctrico: calentar 80 litros de 15 a 60 °C requiere unos 4,2 kWh.
- Cocina: el aceite se calienta más del doble de rápido que la misma masa de agua.
- Construcción: los materiales con mucha masa y calor específico, como el hormigón o la piedra, dan inercia térmica a los edificios.
Consejo
Para estimar el tiempo real, suma un margen por las pérdidas: un hervidor eléctrico tiene un rendimiento de alrededor del 80 al 90 %, y una olla en una placa de inducción, algo menos.