Louis-Paul Cailletet

Louis-Paul Cailletet (21 de septiembre de 1832 – 5 de enero de 1913) fue un físico e inventor francés pionero en la licuefacción de gases empleando el efecto Joule-Thomson y el primero en obtener oxigeno líquido.

Infografía Louis Paul Cailletet

Infancia y educación

Cailletet, hijo de un metalúrgico, comenzó sus estudios en el colegio de su ciudad natal, los completó en el Liceo Henri IV de París, y luego se convirtió en un estudiante de día en la École des Mines. A su regreso a Châtillon dirigió las forjas y laminadores de la empresa de su padre, prestando especial atención al funcionamiento de los altos hornos; de este interés resultó su primera serie de investigaciones en metalurgia.

Louis-Paul Cailletet
Louis-Paul Cailletet

La permeabilidad de los metales a los gases, en particular la del hierro al hidrógeno, permitió a Cailletet explicar algunos de los accidentes ocurridos en el templado de piezas de hierro incompletamente forjadas, que, al retener el gas en disolución, pueden ser muy inestables en ciertos casos.

Algunos químicos, entre ellos J. J. Ebelmen, se habían preocupado por el análisis de los gases de los altos hornos. Sin embargo, sacaron los gases en condiciones que produjeron un enfriamiento gradual, de modo que los elementos disociados pudieron recombinarse. Cailletet emprendió nuevas investigaciones en las que los gases se enfriaron repentinamente en el mismo momento en que se recogieron.

Los gases obtenidos en estas condiciones tenían una composición muy diferente de la establecida por Ebelmen: poco gas de escape, poco dióxido de carbono, algo de hidrógeno, algo de oxígeno y monóxido de carbono, y una gran proporción de carbono muy finamente dividido. Las investigaciones de Henri Sainte-claire Deville sobre la disociación habían dado a Cailletet la idea de corregir un resultado experimental invalidado por las propias condiciones del experimento.

Investigaciones sobre gases y licuefacción

Louis-Paul Cailletet es más famoso por sus investigaciones sobre la compresión y licuefacción de gases. En ese momento había todavía seis gases que se consideraban permanentes: oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono y acetileno. La licuefacción no se había logrado a pesar de la utilización de lo que se consideraban enormes presiones. A finales de 1877 y principios de 1878 Cailletet licuó todos estos gases poco antes que Raoul Pictet, que empleó un procedimiento completamente diferente.

Dispositivo de licuefacción de gas inventado por Louis Paul Cailletet, en 1877.
Dispositivo de licuefacción de gas inventado por Louis-Paul Cailletet, en 1877.

Cailletet, siguiendo a Andrews, había reconocido la importancia de la temperatura crítica, por encima de la cual no se produce la licuefacción de un gas. Para producir el enfriamiento necesario, recurrió a la expansión, empleando a veces varias expansiones en un proceso por etapas (Efecto de Joule-Thomson). De esta manera logró licuar el oxígeno comenzando con el etileno líquido y pasando por la etapa del metano líquido.

Segundo dispositivo para licuefacción de gases creado por Cailletet, en 1884.

Estos resultados eliminaron el último obstáculo para una concepción unificada del papel del calor en los cambios del estado físico, realizando así las visiones proféticas que abrieron el Traité élémentaire de chimie de Lavoisier. Por estas investigaciones Cailletet recibió el Premio Lacaze de la Academia de Ciencias en 1883.

El efecto de 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 es forzado a pasar a través de una válvula o tapón poroso manteniéndolo aislado para que no se intercambie calor con el ambiente. Este procedimiento se denomina proceso de estrangulamiento o proceso Joule-Thomson.

A temperatura ambiente, todos los gases excepto el hidrógeno, el helio y el neón se enfrían al ser expandidos por el proceso Joule-Thomson al ser estrangulados a través de un orificio; estos tres gases experimentan el mismo efecto, pero sólo a temperaturas más bajas. La mayoría de los líquidos como los aceites hidráulicos se calentarán por el proceso de estrangulación Joule-Thomson.

El proceso de estrangulamiento de enfriamiento por gas es comúnmente explotado en procesos de refrigeración como acondicionadores de aire, bombas de calor y licuadoras. En hidráulica, el efecto de calentamiento del estrangulamiento de Joule-Thomson puede ser usado para encontrar válvulas con fugas internas ya que éstas producirán calor que puede ser detectado por un termopar o una cámara de imagen térmica. La aceleración es un proceso fundamentalmente irreversible. La estrangulación debida a la resistencia del flujo en las líneas de suministro, los intercambiadores de calor, los regeneradores y otros componentes de las máquinas (térmicas) es una fuente de pérdidas que limita el rendimiento.

Otras investigaciones de Cailletet

Otros logros de Cailletet incluyen la instalación de un manómetro de 300 metros en la Torre Eiffel; un estudio sobre la misma estructura de resistencia del aire a la caída de los cuerpos; la construcción de dispositivos, como cámaras automáticas y colectores de muestras de aire, para el estudio de la atmósfera superior por medio de globos sonda; y el estudio de un aparato respiratorio de oxígeno líquido diseñado para los ascensos a gran altura. Estas investigaciones llevaron a Cailletet a ser elegido presidente del Aéro Club de France.

Cailletet fue elegido corresponsal de la Academia de Ciencias el 17 de diciembre de 1877 y se convirtió en académicien libre el 27 de diciembre de 1884.

Para más información The liquefaction of oxygen and the emergence of low-temperature research