ENTALPÍA: La entalpía es la cantidad de calor contenida en un kilogramo de una sustancia, calculada a partir de una temperatura base aceptada. Por convención, se utiliza 0 °C como la temperatura base para los cálculos del vapor de agua, es decir, se calcula la cantidad de calor contenido en el vapor de agua a partir de esa temperatura de referencia. Para los cálculos de refrigeración, sin embargo, la base aceptada es de -40 °C. Esto se debe a que en sistemas de refrigeración, las temperaturas de operación suelen estar por debajo de la temperatura ambiente, por lo que se toma esta referencia para simplificar los cálculos y adecuarse a las condiciones típicas de trabajo en la refrigeración.

La entalpía se mide generalmente en unidades de Joules por kilogramo (J/kg) o en kilocalorías por kilogramo (kcal/kg), dependiendo de la unidad utilizada en el sistema de medición. Es importante señalar que la entalpía no solo tiene en cuenta el calor sensible (es decir, el que se utiliza para cambiar la temperatura de una sustancia) sino también el calor latente (que es necesario para cambiar el estado de la sustancia, como en los cambios de fase de líquido a vapor o de vapor a líquido).

Diagrama Temperatura/Entalpia:

El diagrama Temperatura/Entalpía (también conocido como diagrama T-s o diagrama de temperatura-entalpía) es una representación gráfica que muestra la relación entre la temperatura y la entalpía de una sustancia durante un proceso termodinámico. Este tipo de diagrama es especialmente útil para analizar y entender los cambios de fase y la eficiencia de los sistemas de refrigeración y calefacción, ya que permite visualizar los estados de la sustancia a diferentes temperaturas y presiones.

En el diagrama Temperatura/Entalpía, la temperatura se traza generalmente en el eje X, mientras que la entalpía se coloca en el eje Y. Este gráfico muestra cómo varían el calor sensible y el calor latente a medida que la temperatura de la sustancia cambia. También es útil para determinar el trabajo realizado por un sistema, como en los ciclos de refrigeración o los procesos de expansión o compresión en motores de vapor.

Las características de un cuerpo se pueden ver en un diagrama temperatura/entalpía. Las entalpías se representan en la abscisa y las temperaturas en las ordenadas. La entalpia frecuentemente se define como el calor total contenido en un cuerpo y es la suma de la energía aplicada a este cuerpo.

Para clarificar conceptos, se ha tomado como ejemplo agua a la presión atmosférica.

Fig. 1 - Diagrama Temperatura - Entalpía

El diagrama comienza con agua a 0ºC, de aquí  que la entalpía es también 0(KCal/Kg. de agua).

La aplicación de calor sensible produce un cambio de A a B (Temperatura de evaporación del agua). La diferencia entre A y B es que la temperatura alcanza 100ºC.

Como anteriormente se dijo, cada 1ºC de de aumento de temperatura requiere 1 KCal (4,187  KJ) de aquí que el calor total que necesariamente se ha aplicado,  aquí es de 100 KCal., por tanto, el contenido de calor o calor total que es igual a la entalpía es de 100 KCal./Kg. de  agua (418,7 J/Kg.).

La línea B-C corresponde al calor latente (calor de evaporación) que es el calor que se necesita para transformar 1 Kg. de agua (punto B) en vapor saturado seco (punto C).

Fig. 2: Diagrama Temperatura-Entalpía

El calor de evaporación del agua a la presión atmosférica, como anteriormente se dijo es de 539 KCal./Kg. de agua y como la entalpía o calor total es la suma del calor aplicado, será 100+539 = 639 KCal./Kg. de agua.

Es importante resaltar que no se produce incremento de temperatura entre los puntos B y C. La línea C-D muestra el efecto de aplicación de calor sensible al vapor, es decir el recalentamiento.

El calor especifico del vapor de agua, se dijo anteriormente que era de 0,45 KCal./Kg, (1,88 KJ/Kg.). En el ejemplo se muestra una elevación de temperatura en el vapor de 20ºC y por tanto, el calor aplicado es de 20 x 0,45 = 9 KCal./Kg. La entalpia o calor total como es la suma de los calores aplicados será en el punto D. igual a 639+9 = 648 KCal./Kg.

Fig. 3 Ciclo de enfriamiento en un diagrama Temperatura-Entalpía

Diagrama Presión/Entalpia:

El diagrama Presión/Entalpía (también conocido como diagrama P-h) es una representación gráfica que muestra la relación entre la presión y la entalpía de una sustancia en un proceso termodinámico. Este tipo de diagrama es fundamental para el análisis de los ciclos de refrigeración y de energía térmica, ya que permite visualizar los cambios de fase de una sustancia (por ejemplo, del líquido al vapor) a medida que se modifica la presión y la entalpía en el sistema.

En este diagrama, la presión se coloca en el eje X y la entalpía en el eje Y. Cada punto en el diagrama representa el estado de una sustancia a una temperatura y presión determinadas. Los procesos como la compresión o expansión de los gases en sistemas como los compresores de refrigeración o las turbinas se representan como líneas o curvas en este gráfico, lo que permite analizar la eficiencia de los sistemas.

El diagrama P-h se utiliza para:

1. Determinar el estado de una sustancia: Es posible identificar si la sustancia se encuentra en forma de vapor, líquido o mezcla de ambos (fase de saturación) dependiendo de su entalpía y presión.

2. Visualizar los procesos de cambio de fase: Como la evaporación (de líquido a vapor) o la condensación (de vapor a líquido). Esto es especialmente útil en la ingeniería de refrigeración, donde es importante entender cómo el refrigerante cambia de fase para maximizar la eficiencia del sistema.

3. Analizar el ciclo de refrigeración: En los sistemas de refrigeración, el diagrama P-h permite estudiar cómo se comporta el refrigerante a medida que circula a través de un ciclo, desde la compresión (donde el refrigerante se calienta y aumenta su presión) hasta la expansión (donde el refrigerante se enfría y reduce su presión).

Este diagrama es crucial para el diseño y la optimización de sistemas de aire acondicionado, bombas de calor y otros equipos que implican procesos de cambio de fase, ya que proporciona una forma visual y práctica de entender cómo los parámetros termodinámicos afectan al rendimiento del sistema.

Como anteriormente se explicó la relación temperatura/entalpía, es dependiente de la presión y en el punto anterior se explicó un diagrama en el cual se utilizaba el agua como ejemplo, sin embargo para poder mostrar las características temperatura/entalpia de cualquier medio que se utilice, hay que construir diagramas para todas las presiones posibles. Esto como se comprende es muy poco práctico, y, por lo tanto, se utiliza un diagrama presión/entalpía, en vez de temperatura/entalpía.

Este diagrama presión/entalpia,  se muestra en la figura siguiente. La presión se encuentra en la ordenada,  y es como una regla graduada de acuerdo a una escala logarítmica. En refrigeración es necesario trabajar con diferentes presiones y temperaturas y este diagrama ofrece un camino práctico de determinar gráficamente los cambios de energía de una planta de refrigeración.

Fig. 4 - Diagrama Presión-Entalpía