Calculadora de Punto de Ebullición por Altitud | Temperatura del Agua en Elevación

Qué hace la calculadora

La calculadora del punto de ebullición según la altitud determina la temperatura a la que hierve el agua a una elevación determinada sobre el nivel del mar. El agua hierve a menor temperatura cuanto mayor es la altitud, porque hay menos aire ejerciendo presión desde arriba. Al nivel del mar, el agua hierve a casi exactamente 100 °C (212 °F). En la cima del monte Everest, a 8.848 m de altura, hierve aproximadamente a 70 °C (158 °F).

Introduzca una elevación y la herramienta devuelve el punto de ebullición en grados Celsius y Fahrenheit, además de la presión atmosférica local. Esto importa al cocinar, en seguridad alimentaria, en la elaboración de cerveza y en el laboratorio. Todas esas actividades dependen de la temperatura que alcanza realmente el agua hirviendo.

Por qué el agua hierve a menor temperatura en altitud

El agua hierve cuando su presión de vapor iguala la del aire que la empuja desde arriba. La presión de vapor es el empuje del vapor que intenta escapar del líquido. Al nivel del mar la presión atmosférica es alta, así que el agua debe llegar a 100 °C para igualarla. Más arriba el aire es menos denso y empuja menos, de modo que el agua alcanza ese equilibrio a una temperatura más baja.

Punto de ebullición del agua según la altitud

Cómo calcular el punto de ebullición según la altitud

El cálculo consta de dos pasos: convertir la altitud en presión atmosférica y después convertir la presión atmosférica en un punto de ebullición.

Paso 1: de altitud a presión atmosférica

La presión atmosférica disminuye de forma predecible a medida que aumenta la altitud. La herramienta utiliza la fórmula barométrica de la Atmósfera Estándar Internacional (ISA), válida en la troposfera, desde el nivel del mar hasta aproximadamente 11 km:

$P_{\text{inHg}} = 29.921 \times \left(1 - 6.8753\times10^{-6} \times h_{\text{ft}}\right)^{5.2559}$

Aquí $h_{\text{ft}}$ es la altitud en pies, y $P_{\text{inHg}}$ es la presión local en pulgadas de mercurio (una unidad que los meteorólogos utilizan para la presión barométrica).

Paso 2: de presión atmosférica a punto de ebullición

El agua hierve cuando su presión de vapor iguala la presión atmosférica circundante. Por eso el punto de ebullición a una altitud dada es la temperatura de saturación del agua a esa presión. Una simple recta entre presión y temperatura resulta tentadora, pero la curva real se dobla. Ajustada al nivel del mar, esa recta queda varios grados por debajo al llegar a gran altitud.

Para evitar ese error, la calculadora usa la fórmula IAPWS-IF97. Es la ecuación estándar internacional para las propiedades del agua y el vapor, publicada por la Asociación Internacional para las Propiedades del Agua y el Vapor. En el punto triple del agua coexisten hielo, líquido y vapor. En el punto crítico desaparece la distinción entre líquido y gas. La ecuación da la temperatura de saturación exacta para cualquier presión entre esos dos puntos:

$T_s(\text{K}) = \text{Ecuación de temperatura de saturación de la región 4 de IAPWS-IF97, } T_s(P)$ $T(°C) = T_s(\text{K}) - 273.15, \qquad T(°F) = T(°C) \times \tfrac{9}{5} + 32$

La ecuación completa combina diez coeficientes ajustados con la presión elevada a la potencia 0,25 y después resuelve dos ecuaciones cuadráticas anidadas. No es algo que se calcule a mano. Reproduce casi exactamente las tablas de vapor medidas en laboratorio. Por eso la usan los ingenieros de centrales eléctricas y de tablas de vapor.

Ejemplo resuelto

Denver, Colorado, se encuentra a unos 1.609 m (5.280 pies), lo que le ha valido el apodo de «la ciudad a una milla de altura».

1. Convierte a pies: 1.609 m × 3,28084 = 5.280 pies.
2. Sustituye en la fórmula de presión: $P = 29.921 \times (1 - 6.8753\times10^{-6} \times 5{,}280)^{5.2559} \approx 24.64$ inHg, que se convierte en aproximadamente 83,4 kPa.
3. Consulta la temperatura de saturación para 83,4 kPa mediante la ecuación IAPWS-IF97: aproximadamente 94,6 °C (202,3 °F).

Por tanto, el agua en Denver hierve aproximadamente a 94,6 °C en lugar de 100 °C, unos 5,4 °C menos que al nivel del mar.

Precisión y limitaciones

• Por debajo de unos 11 km: el paso de presión a temperatura es prácticamente exacto. Usa la misma ecuación con la que se elaboran las tablas oficiales de vapor. La principal fuente de error es el paso de altitud a presión, que supone la atmósfera estándar. El tiempo real puede mover el resultado hasta unos 1 °C.
• Por encima de 11 km: la altitud sale de la troposfera para la que se creó la fórmula barométrica, por lo que los resultados pasan a ser una extrapolación. La calculadora señala este caso.
• Muy fuera del modelo: por encima de unos 27,5 km la presión calculada cae por debajo de la presión del punto triple del agua, 611,657 Pa. Por debajo de ese valor no puede existir agua líquida. No hay punto de ebullición que dar, así que la calculadora no devuelve ningún resultado en lugar de inventarlo.
• Solutos disueltos: la sal o el azúcar elevan ligeramente el punto de ebullición. Disolver aproximadamente 58 g de sal de mesa en un litro de agua lo eleva 1 °C. Añadir sal al agua de la pasta en la cantidad habitual de 10 g por litro lo eleva aproximadamente 0,2 °C, demasiado poco para notarlo.
• Por debajo del nivel del mar: lugares como la orilla del mar Muerto (aproximadamente 430 m por debajo del nivel del mar) tienen una presión atmosférica mayor que al nivel del mar, por lo que el agua hierve allí ligeramente por encima de 100 °C, aproximadamente a 101,4 °C (214,5 °F).

Por qué importa el punto de ebullición

• Cocina: a 2.000 m el agua llega como máximo a unos 93 °C. Sigue pareciendo que hierve con fuerza, pero está más fría, así que la pasta, el arroz y los huevos tardan más en cocerse. Una olla a presión retiene el vapor y sube la presión interna, lo que eleva el punto de ebullición hasta unos 121 °C. Por eso se usan en zonas de gran altitud.
• Seguridad alimentaria y del agua: hervir sigue eliminando la mayoría de los patógenos transmitidos por el agua, pero los CDC recomiendan hervir durante 3 minutos completos por encima de unos 2,000 m en lugar de 1 minuto, ya que la temperatura más baja necesita más tiempo para actuar.
• Laboratorios e industria: los autoclaves, las columnas de destilación y los sistemas de reflujo calibrados al nivel del mar no funcionan igual a mayor altitud y pueden necesitar ajustes.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el agua hierve a menor temperatura en altitud?

La ebullición empieza cuando la presión de vapor del agua iguala la presión atmosférica circundante. En altitud hay menos aire por encima, así que hay menos presión que igualar. El agua llega a ese punto a una temperatura más baja.

¿Cuánto desciende el punto de ebullición por cada 1.000 pies?

Aproximadamente 1 °C (unos 1,8 °F) por cada 1.000 pies cerca del nivel del mar, lo que equivale aproximadamente a 3,3 °C por cada 1.000 m. El descenso se acentúa un poco con la altura y alcanza aproximadamente 3,5 °C por cada 1.000 m cerca de 11 km. El aire es más frío allí arriba, por lo que la presión disminuye más rápidamente con cada incremento de altura.

¿A qué temperatura hierve el agua en el monte Everest?

Aproximadamente 70 °C (158 °F) en la cima, a 8.848 m de altura, frente a 100 °C al nivel del mar. Esa es una de las razones por las que derretir nieve para obtener agua lleva tanto tiempo en la montaña.

¿Por qué el punto de ebullición al nivel del mar es 99,97 °C y no exactamente 100 °C?

100 °C es una cifra redondeada heredada de la antigua escala centígrada. En la escala de temperatura utilizada actualmente (ITS-90), el agua a la presión atmosférica estándar de 101,325 kPa hierve a 99,974 °C. La calculadora informa de ese valor, que sigue mostrándose como 100,0 °C al redondearlo a un decimal.

¿Hierve el agua a mayor temperatura por debajo del nivel del mar?

Sí. Por debajo del nivel del mar la presión atmosférica supera la media al nivel del mar. El agua necesita entonces una temperatura algo más alta para que su presión de vapor la iguale. En la orilla del mar Muerto hierve a unos 101,4 °C.

¿Afecta esto a los tiempos de cocción?

Sí. Como el agua está más fría, los alimentos tardan más en cocerse al hervir. Un ajuste habitual es añadir 15–25% al tiempo de cocción en agua hirviendo por encima de unos 5.000 pies (1.500 m). Otra opción es usar una olla a presión.

¿Qué precisión tiene esta calculadora?

Tiene una precisión de aproximadamente 1 °C hasta 11 km en condiciones habituales. Un tiempo inusual cambia la presión atmosférica local y puede alterar algo el resultado. Para trabajos críticos, mida la presión barométrica real en vez de basarse solo en la altitud.

Referencias

1. Asociación Internacional para las Propiedades del Agua y el Vapor (IAPWS). Publicación revisada sobre la formulación industrial 1997 de IAPWS para las propiedades termodinámicas del agua y el vapor (IF97), ecuación de saturación de la región 4.
2. Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA — Atmósfera estándar / presión-altitud.
3. Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Estados Unidos — Desinfección del agua durante los viajes: ebullición.
4. Lide, D. R. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics — tablas de presión de vapor del agua.
5. Departamento de Agricultura de Estados Unidos, Servicio de Inspección y Seguridad Alimentaria — Cocina a gran altitud y seguridad alimentaria.