Na planta piloto de um processo industrial, projeta-se uma tubulação por onde irá circular um gás não inflamável e que se resfria ao passar, através de uma válvula, de uma câmara a alta pressão para outra pressão atmosférica. Considere o valor do coeficiente Joule-Thomson isoentalpico de alguns gases de uso industrial a 298 K e 1 atm. Qual (Quais) gás (gases) pode (m) ser (erem) utilizado (s) nessa tubulação? Justifique.
Gás \mu_{\mathrm{JT}}\left(\mathrm{K}_{. \text {atm }^{-1}}\right)
He -0,062
\mathrm{H}_{2} -0,030
\mathrm{~N}_{2} +0,270
\mathrm{CH}_{4} +0,310
\mathrm{CO}_{2} +1,110

Passo 1

O enunciado descreve uma tubulação em que um gás não inflamável passa de alta pressão para pressão atmosférica por meio de uma válvula e deve resfriar durante essa expansão. O resfriamento numa expansão isoentalpica é dado pelo sinal do coeficiente de Joule–Thomson \mu_{\mathrm{JT}}=(\partial T/\partial P)_{H}: se \mu_{\mathrm{JT}}>0, ao reduzir P obtemos \Delta T<0 (resfriamento); se \mu_{\mathrm{JT}}<0, há aquecimento. Precisamos então:
  1. Identificar quais gases têm \mu_{\mathrm{JT}}>0.
  2. Descartar os que forem inflamáveis.

Passo 2

Analisando a tabela fornecida, listamos os gases com seus \mu_{\mathrm{JT}} a 298\\ \mathrm{K} e 1\\ \mathrm{atm}:
\begin{aligned} \mathrm{He}:&\;-0{,}062,\\\ \mathrm{H_{2}}:&\;-0{,}030,\\\ \mathrm{N_{2}}:&\;+0{,}270,\\\ \mathrm{CH_{4}}:&\;+0{,}310,\\\ \mathrm{CO_{2}}:&\;+1{,}110. \end{aligned}
São positivos (resfriam na expansão): \mathrm{N_{2}}, \mathrm{CH_{4}} e \mathrm{CO_{2}}.

Passo 3

Entre esses três devemos manter apenas os não inflamáveis, pois o processo exige segurança contra fogo ou explosão. Destacamos:
\mathrm{CH_{4}} é altamente inflamável e, portanto, não atende ao requisito.
\mathrm{N_{2}} e \mathrm{CO_{2}} são não inflamáveis.

Resposta

Podem ser utilizados \mathrm{N_{2}} e \mathrm{CO_{2}}, pois ambos têm \mu_{\mathrm{JT}}>0 (resfriam na expansão) e não são inflamáveis.

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