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Lata saltarina por el efecto Joule-Thomson

Para hacer esta lata que salta necesitamos: una lata de refresco, un mechero, agua y un tupper.

Ahora, echamos un poco de agua en el tupper. Quitamos la anilla de la lata y la ponemos boca abajo, quemando las paredes de la lata con un mechero. Pero, ¿por qué? Al aplicar calor con el mechero, el aire que hay en el interior de la lata se calienta y, como cualquier gas, se expande. Es decir, el aire comienza a ocupar más espacio pero, al no encontrarlo, ya que la lata está totalmente sellada, busca una vía de escape por el lugar más débil: el agujero. Es por esto que la lata parece que “da saltos”; en realidad es el aire intentando escapar de ella. La lata que salta nace del efecto Joule-Thomson.

Qué es el efecto Joule-Thomson

En termodinámica, el efecto Joule-Thomson (también conocido como efecto Joule-Kelvin o efecto Kelvin-Joule) describe el cambio de temperatura de un gas o líquido real (diferenciado de un gas ideal) cuando se fuerza a través de una válvula o es poroso mientras lo mantiene aislado para que no se intercambie calor con el medio ambiente. Este procedimiento se denomina proceso de aceleración o proceso de Joule-Thomson.

A temperatura ambiente, todos los gases, excepto el hidrógeno, el helio y el neón, se enfrían al expandirse mediante el proceso de Joule-Thomson cuando se estrangulan a través de un orificio; estos tres gases experimentan el mismo efecto pero solo a temperaturas más bajas. La mayoría de los líquidos, como los aceites hidráulicos, se calentarán mediante el proceso de estrangulamiento de Joule-Thomson.

El proceso de estrangulamiento por enfriamiento de gas se utiliza comúnmente en procesos de refrigeración como acondicionadores de aire, bombas de calor y licuadores. En hidráulica, el efecto de calentamiento del estrangulamiento de Joule-Thomson se puede utilizar para encontrar válvulas con fugas internas, ya que estas producirán calor que puede detectarse mediante un termopar o una cámara termográfica. El estrangulamiento es un proceso fundamentalmente irreversible. El estrangulamiento debido a la resistencia al flujo en líneas de suministro, intercambiadores de calor, regeneradores y otros componentes de las máquinas (térmicas) es una fuente de pérdidas que limita el rendimiento.

Descripción

La expansión adiabática (sin intercambio de calor) de un gas se puede llevar a cabo de varias formas. El cambio de temperatura que experimenta el gas durante la expansión depende no solo de la presión inicial y final, sino también de la forma en que se lleva a cabo la expansión.

Si en el efecto Joule-Thomson el proceso de expansión es reversible, lo que significa que el gas está en equilibrio termodinámico en todo momento, se denomina expansión isentrópica. En este escenario, el gas realiza un trabajo positivo durante la expansión y su temperatura disminuye.

En una expansión libre, por otro lado, el gas no funciona y no absorbe calor, por lo que se conserva la energía interna. Expandida de esta manera, la temperatura de un gas ideal permanecería constante, pero la temperatura de un gas real disminuye, excepto a temperaturas muy altas.

El método de expansión discutido en este artículo, en el que un gas o líquido a la presión P1 fluye hacia una región de menor presión P2 sin un cambio significativo en la energía cinética, se llama expansión de Joule-Thomson. La expansión es intrínsecamente irreversible. Durante esta expansión, la entalpía permanece sin cambios. A diferencia de una expansión libre, el trabajo se realiza, provocando un cambio en la energía interna. El hecho de que la energía interna aumente o disminuya depende de si el fluido realiza o no trabajo; que está determinado por los estados inicial y final de la expansión y las propiedades del fluido.