En general, los gases pueden licuarse mediante uno de tres métodos generales:
1) Al comprimir el gas a temperaturas inferiores a su temperatura crítica;
En este enfoque, la aplicación de presión sola es suficiente para hacer que un gas cambie a líquido. Por ejemplo, el amoníaco tiene una temperatura crítica de 271 ° F (133 ° C).
Esta temperatura está muy por encima de la temperatura ambiente. Por lo tanto, es relativamente simple convertir el gas de amoníaco al estado líquido simplemente aplicando presión suficiente. A su temperatura crítica, esa presión es de 112.5 atmósferas.
2) Al hacer que el gas haga algún tipo de trabajo contra una fuerza externa, haciendo que el gas pierda energía y cambie al estado líquido;
Un ejemplo simple de este método para licuar gases es la máquina de vapor. Deben realizarse una serie de pasos antes de que pueda funcionar una máquina de vapor. Primero, el agua se hierve y se produce vapor. Ese vapor luego se envía a un cilindro. Dentro del cilindro, el vapor empuja un pistón. El pistón, a su vez, impulsa algún tipo de maquinaria, como un motor de ferrocarril.
Cuando el vapor empuja contra el pistón, pierde energía. Como el vapor tiene menos energía, su temperatura baja. Finalmente, el vapor se enfría lo suficiente como para que vuelva a convertirse en agua.
Este ejemplo no es una analogía perfecta para la licuefacción de gases. El vapor no es realmente un gas sino un vapor. Un vapor es una sustancia que normalmente es un líquido a temperatura ambiente pero que puede convertirse en un gas con bastante facilidad. La licuefacción de un gas verdadero, por lo tanto, requiere dos pasos. Primero, el gas se enfría. Luego, el gas frío se ve obligado a trabajar contra algún sistema externo. Podría, por ejemplo, ser conducido a través de una pequeña turbina. Una turbina es un dispositivo que consta de palas unidas a una barra central. A medida que el gas enfriado empuja contra las palas de la turbina, hace que la varilla gire. Al mismo tiempo, el gas pierde energía y su temperatura baja aún más. Finalmente, el gas pierde suficiente energía para que se convierta en líquido.
Este proceso es similar al principio sobre el cual funcionan los sistemas de refrigeración. El refrigerante en un refrigerador se convierte primero de un gas a un líquido por uno de los métodos descritos anteriormente. El líquido formado absorbe el calor de la caja del refrigerador. El calor eleva la temperatura del líquido y finalmente lo vuelve a convertir en gas.
Sin embargo, existe una diferencia importante entre la licuefacción y la refrigeración. En el primer proceso, el gas licuado se elimina constantemente del sistema para su uso en algún otro proceso. Sin embargo, en el último proceso, el gas licuado se recicla constantemente dentro del sistema de refrigeración.
3) Utilizando el efecto Joule-Thomson.
Los gases también se pueden licuar aplicando un principio descubierto por los físicos ingleses James Prescott Joule (1818-1889) y William Thomson (más tarde conocido como Lord Kelvin; 1824-1907) en 1852.
El efecto Joule-Thomson depende de la relación de volumen, presión y temperatura en un gas. Cambie cualquiera de estas tres variables, y al menos una de las otras dos (o ambas) también cambiará. Joule y Thomson descubrieron, por ejemplo, que permitir que un gas se expanda muy rápidamente hace que su temperatura baje drásticamente. La reducción de la presión sobre un gas logra el mismo efecto.
Para enfriar un gas utilizando el efecto Joule-Thomson, el gas se bombea primero a un recipiente a alta presión. El contenedor está equipado con una válvula con una abertura muy pequeña. Cuando se abre la válvula, el gas escapa del contenedor y se expande rápidamente. Al mismo tiempo, su temperatura baja.
En algunos casos, el enfriamiento que ocurre durante este proceso puede no ser suficiente para causar la licuefacción del gas. Sin embargo, el proceso puede repetirse más de una vez. Cada vez, se extrae más energía del gas, su temperatura desciende aún más y eventualmente cambia a líquido.
