Coeficiente de Joule-Thomson

En física, se conoce como efecto Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin al proceso en el cual la temperatura de un sistema disminuye o aumenta al permitir que el sistema se expanda libremente, manteniendo la entalpía constante. En cuanto al coeficiente de Joule-Thomson, podemos definirlo como la velocidad de cambio de la temperatura del gas frente a una disminución de la presión en condiciones de entalpía constante y, como bien indica su definición, involucra las variables de temperatura y presión. Para una presión constante, un gas tendrá una temperatura de inversión Joule-Thomson sobre la cual, al comprimirse el gas, causará un aumento de temperatura y, por otro lado, la expansión del gas producirá un enfriamiento. Para el caso de la temperatura, en la mayoría de los gases, a presión atmosférica, esta suele ser bastante alta, mucho mayor que la temperatura ambiente y por esta razón, la mayoría de los gases se enfrían al expandirse.

El coeficiente Joule-Thomson es positivo para todos los gases a temperaturas menores o iguales a la temperatura ambiente, excepto para el hidrógeno y helio, que tienen coeficientes negativos. Estos dos gases se calientan después de experimentar este tipo de expansión. Todo gas tiene una temperatura característica sobre la cual el coeficiente Joule-Thomson es negativo, la temperatura de inversión Joule-Thomson. La temperatura de inversión para el hidrógeno es aproximadamente -80 °C; por debajo de esta temperatura, el hidrógeno se enfriará en una expansión de Joule-Thomson. Las temperaturas de inversión para la mayoría de los gases son mucho más altas que la temperatura ambiente.

Este comportamiento se aplica en la industria para licuar un gas, por ejemplo, el aire. Para ello primero se enfría el gas, ya sea por contacto con otro más frío o por expansión adiabática y luego, se deja expandir a través de un estrangulamiento. La disminución de presión y el descenso de temperatura provocado por este efecto, produce la licuación del gas.

También se puede evidenciar en el proceso de estrangulamiento ocurre en refrigeradores de compresión de vapor, donde se usa una válvula de estrangulamiento para reducir la presión y reducir la temperatura del refrigerante desde la presión en la salida del condensador hasta la presión más baja existente en el evaporador. Otra aplicación del efecto Joule -Thomson en la industria, es en los soldadores de punto, herramienta muy utilizada en la industria automotriz y en la chapistería, fungiendo como una alternativa mucho más efectiva a la del sistema de remachado.

• Realizado por:
• Aguilera, Francisco
• González, Elizabeth
• Lezama, Arianna