Joule thomson

PROPIEDADES DE LA ENTALPIA
(EXPERIMENTO DE JOULE-THOMPSON)
Consideremos la dependencia de la entalpía de un sistema cerrado, de variables de
estado como la temperatura y la presión:
H = f (T, P)
Se puede escribir la diferencial total de la entalpía, como:

el primer término: es igual a la capacidad calorífica a presión constante, Cp.
Entonces:

respecto al segundo término :
• para el Gas Ideal tiene un valor de cero, es decir, que la entalpía es sólo
función de la temperatura.
• para Gases reales, la variación de la entalpía respecto a la presión es pequeña,
pero puede medirse, por ejemplo, mediante el experimento de Joule y
Thompson (Lord Kelvin).
Experimento de expansión de Joule-Thompson (expansión adiabática):

Object 1

Explicación:
• como el tubo está aislado, Q = 0, entonces se trata de una expansión
adiabática.
• el trabajo realizado por el gas es:
W = P2V2 - P1V1
de la primera Ley de la termodinámica: ∆E = E2 - E1 = - W = - (P2V2 - P1V1)
reordenando: E2 + P2V2 = E1 + P1V1
es decir: H2 = H1 la entalpía del gas es constante.

• la disminución de temperatura medida - ∆T y de presión - ∆P se combinan en la
razón:

• el coeficiente de Joule-Thompson se define como el límite de esta razón, cuando
∆P tiende a cero.

puede expresarse como el cambio de temperatura por variación de la presión a entalpía
constante.
• el coeficiente de Joule-Thompson es positivo para todos los gases a
temperaturas menores o iguales a la temperatura ambiente, excepto para el
hidrógeno y el helio. Esto quiere decir, que la mayoría de los gases se enfrían
cuando se expanden adiabáticamente. Entre mayor sea la diferencia de
presiones, mayor será la caída de temperatura.
• Todo gas tiene una temperatura sobre la cual el coeficiente de Joule Thompson es
negativo, la Temperatura de inversión Joule-Thompson. Sin embargo, las
temperaturas de inversión para la mayoría de los gases son mucho más altas que la
temperatura ambiente.
Ejemplos de expansiones adiabáticas:

• Al abrir una válvula de un extinguidor de incendios, la evaporación del CO2
provoca un enfriamiento que condensa la humedad del aire, formando una fina
capa de nieve.
• El aire fue licuado por primera vez en 1895 por el método de Linde. En este
procedimiento el gas se comprime con una bomba (aproximadamente a 200 atm)
y se hace pasar por un serpentín que es enfriado por un líquido refrigerante.

Posteriormente pasa por otro serpentín para mayor enfriamiento y finalmente, por
una válvula donde se expande a presión atmosférica. Esta expansión produce un
marcado enfriamiento, haciendo que una fracción del gas se condense y caiga al
fondo de un recipiente aislado y, otra parte rodee al serpentín enfriándolo aún más.
Este proceso es de interés histórico, debido a que resulta muy ineficiente. Se han
desarrollado otros procesos que aprovechan parte del gas comprimido para ayudar a
trabajar a la bomba.

• El funcionamiento del refrigerador casero, se basa en un ciclo de compresión -
expansión de un líquido refrigerante (amoníaco, freones, etc.).
El líquido se comprime mediante la bomba (B), lo que provoca que el gas se caliente,
éste disipa el calor y se condensa a una presión alta. El líquido presurizado pasa a través
de la válvula (C) y se expande a baja presión, por lo que se vaporiza y se enfría, lo que
mantiene a baja temperatura el interior del refrigerador. La bomba succiona el gas frío
que está a baja presión, repitiendo el ciclo.

• La formación de nubes y la nieve en las cumbres de las montañas, se deben a la
expansión adiabática de las corrientes de aire caliente que ascienden a las regiones
de baja presión atmosférica. La expansión del aire lo enfría y provoca la
condensación del vapor de agua.

• Las estelas que dejan los aviones en el cielo, se deben a la expansión adiabática de
los gases que expelen por los escapes, enfriándose y provocando la condensación
de la humedad del aire.

El coeficiente de Joule-Thompson, tiene aplicación para estimar la variación de la
entalpía en función de la presión.
Como dH = 0, se tiene:

dividiendo entre dP:

introduciendo el coeficiente de Joule-Thompson y reordenando:

Esta última ecuación permite calcular la variación de la entalpía con respecto a la
presión, determinando experimentalmente los valores de Cp y μJT.

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