Joule thomson

1. 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, C
p
.
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):

2. 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 = P
2
V
2
- P
1
V
1
de la primera Ley de la termodinámica: DE = E
2
- E
1
= - W = - (P
2
V
2
- P
1
V
1
)
reordenando: E
2
+

P
2
V
2 =
E
1
+

P
1
V
1
es decir: H
2
= H
1
la entalpía del gas es constante.

3. •la disminución de temperatura medida - DT y de presión - DP se combinan en la
razón:
•el coeficiente de Joule-Thompson se define como el límite de esta razón, cuando
DP 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 CO
2
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.

4. 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.

5. •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.

6. 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 C
p
y μ
JT
.