Vapor
El vapor es el estado gaseoso de una sustancia por debajo de su temperatura crítica, que puede condensarse al comprimirlo.
El vapor es el estado gaseoso de una sustancia que, a la temperatura considerada, puede pasar a líquido o sólido solo con aumentar la presión o bajar la temperatura. Cuando se habla de «vapor» sin más, casi siempre se trata del vapor de agua, el fluido que movió la Revolución Industrial y que todavía genera buena parte de la electricidad del mundo.
¿Qué es el vapor?
Un gas se denomina vapor cuando está por debajo de su temperatura crítica: en esas condiciones puede condensarse comprimiéndolo. Por encima de esa temperatura, ninguna presión lo licúa y se le llama gas propiamente dicho. En el caso del agua, la temperatura crítica es de 374 °C (647 K) y la presión crítica de unos 22,06 MPa.
El vapor de agua es invisible. Lo que se ve salir del cazo o de una olla son diminutas gotas de agua líquida que se forman al enfriarse el vapor en contacto con el aire, es decir, una niebla de condensación.
Cómo se forma
Hay dos vías, ambas incluidas en la vaporización:
- Evaporación: ocurre solo en la superficie del líquido y a cualquier temperatura; las moléculas más rápidas escapan.
- Ebullición: se forman burbujas de vapor en todo el volumen del líquido cuando su presión de vapor iguala a la presión exterior. El agua hierve a 100 °C a 1 atm (101 325 Pa); a mayor altitud, con menos presión, hierve a menos temperatura.
Para vaporizar es necesario aportar el calor latente de vaporización. En el agua a 100 °C es de unos 2257 kJ/kg (2,26 MJ/kg), la causa de que una quemadura por vapor sea más grave que una por agua a la misma temperatura: al condensarse sobre la piel, el vapor libera toda esa energía.
Tipos de vapor de agua
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| Vapor húmedo | Mezcla de vapor y gotitas de líquido en equilibrio a la temperatura de saturación. |
| Vapor saturado seco | Todo el líquido se ha vaporizado, pero sigue en su temperatura de saturación. |
| Vapor sobrecalentado | Calentado por encima de la temperatura de saturación; se comporta casi como un gas ideal y se usa en turbinas. |
Propiedades físicas
- Gran expansión: un kilogramo de agua líquida ocupa 1 litro, pero al convertirse en vapor a 100 °C y 1 atm ocupa unos 1,67 m³, más de 1600 veces más. Esa expansión es la que mueve pistones y turbinas.
- Presión de vapor: crece de forma exponencial con la temperatura; cuando iguala la presión exterior, el líquido hierve.
- Energía almacenada: transporta mucho calor por kilogramo, lo que lo hace útil para calefacción e industria.
Para el vapor de agua atmosférico y la humedad, consulta el artículo de vapor de agua.
Historia: del vapor a la industria
La eolípila de Herón de Alejandría (siglo I) fue una demostración temprana de la fuerza del vapor. La primera máquina de uso industrial fue la de Thomas Newcomen (1712), empleada para achicar agua en las minas. James Watt la mejoró con el condensador separado, patentado en 1769, y multiplicó su rendimiento. A partir de ahí el vapor impulsó fábricas, barcos y ferrocarriles y transformó la economía del siglo XIX.
Aplicaciones actuales
- Centrales térmicas y nucleares: el vapor a alta presión mueve turbinas acopladas a generadores (energía eléctrica), siguiendo el ciclo de Rankine.
- Industria: calefacción de procesos, esterilización y destilación.
- Cocina: cocción al vapor, ollas a presión y planchas.
- Medicina: el autoclave esteriliza instrumental con vapor a presión, normalmente a 121 °C.
- Calefacción urbana: redes de vapor en grandes ciudades.
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuánto calor se necesita para convertir 2 kg de agua a 100 °C en vapor a 100 °C? (Lv = 2,257 × 10⁶ J/kg)
Q = m·Lv = 2 · 2,257 × 10⁶. Resultado: Q ≈ 4,51 × 10⁶ J (4,51 MJ).
2. ¿Qué energía hace falta para transformar 1 kg de agua a 20 °C en vapor a 100 °C? (c = 4186 J/(kg·K))
Calentar: Q₁ = 1 · 4186 · 80 = 334 880 J. Vaporizar: Q₂ = 1 · 2,257 × 10⁶ = 2 257 000 J. Total: Q = Q₁ + Q₂. Resultado: Q ≈ 2,59 × 10⁶ J (2,59 MJ). Casi el 87 % se emplea en vaporizar.
3. Se condensan 50 g de vapor a 100 °C sobre la piel. ¿Qué calor se libera solo por la condensación?
m = 0,050 kg. Q = m·Lv = 0,050 · 2,257 × 10⁶. Resultado: Q ≈ 1,13 × 10⁵ J (113 kJ), de ahí su peligro.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre gas y vapor?
Un vapor es un gas que está por debajo de su temperatura crítica y, por tanto, puede licuarse por compresión. Un gas por encima de esa temperatura no se licúa por mucha presión que se aplique.
¿El vapor es visible?
No. El vapor de agua es incoloro. La «nube» blanca que sale de una olla son gotitas de agua líquida ya condensadas.
¿Por qué el vapor quema más que el agua hirviendo?
Porque al condensarse sobre la piel libera su calor latente (unos 2257 kJ/kg), además del calor que cede al enfriarse después.
¿A qué temperatura hierve el agua?
A 100 °C a nivel del mar (1 atm). Con menos presión hierve antes, y en una olla a presión lo hace por encima de 100 °C.
Conceptos relacionados
Amplía con la presión, la temperatura y la transferencia de calor.
Referencias
- Çengel, Y. A. y Boles, M. A. Termodinámica. McGraw-Hill.
- Zemansky, M. W. y Dittman, R. H. Calor y termodinámica. McGraw-Hill.
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Vapor». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/vapor/
