Dos cilindros unidos por una tubería con una válvula

Los dos cilindros de la figura son adiabáticos y están dotados de sendos émbolos adiabáticos de masa y capacidad calorífica despreciable y que pueden deslizar sin rozamiento. Están unidos por una tubería dotada de una válvula L inicialmente cerrada, siendo el conjunto tubería+válvula adiabático y de volumen interno despreciable.

Sobre la cara exterior de los émbolos actúa en todo momento la presión ambiente P₀ = 1 bar más una fuerza exterior.

Inicialmente B está vacío, y en A hay 10 mol de un fluido en estado de vapor saturado a P₁ = 1,487 bar. Variando muy lentamente la fuerza exterior que actúa sobre el émbolo de A, se aumenta la presión en A hasta P₂ = 20,1 bar (estado 2).

Manteniendo constante dicha presión, se pone en contacto térmico A con el ambiente a t₀ = 20 °C, hasta que el fluido alcanza el estado de líquido saturado (estado 3), momento en que se vuelve a aislar A.

A continuación, se abre la válvula L, permitiendo el paso de todo el fluido de A a B (estado 4). Durante este proceso, se mantienen constantes las presiones en A y B, siendo P_A = P₂ y P_B = P₁.

• a) Hallar las temperaturas (°C) en los estados 1, 2, 3 y 4, y el título x₄.
• b) Tomando como referencias h₁ = 0 y s₁ = 0, hallar las entalpías y entropías de los estados 2, 3 y 4.
• c) Hallar W₁₋₂, Q₂₋₃ y I₃₋₄.

Propiedades del fluido, en el rango de condiciones de interés:

• Ecuación térmica del vapor:

Pv = RT + ( −2,53·10⁻³m³/mol + 6,64·10⁻⁶ ( m³/(mol·K) ) T ) P

• c_p^V = 100 J/(mol·K)
• Presión de vapor: ln ( P_sat /1 bar) = 10,5878 − (2376 K)/T
• Calor latente de vaporización: l = 43,1 kJ/mol − 0,103 (kJ/(mol·K)) T

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