Trabajo eléctrico en un cilindro adiabático de dos cámaras

Un cilindro adiabático, de sección 1 m², dispone de un émbolo horizontal adiabático de capacidad calorífica despreciable, masa M = 2000 kg y que puede deslizar sin rozamiento. El interior está dividido en dos cámaras A y B por un émbolo diatérmano de igual masa M = 2000 kg de capacidad calorífica despreciable que puede deslizar sin rozamiento, aunque inicialmente está sujeto por unos topes.

En la cámara A hay n_A = 60 mol a T₁ = 400 K de un gas cuya ecuación térmica es

v = RT / P + 3·10⁻⁶ (m³/(mol·K)) T

y c_pA = 31 J/(mol·K), constante en el rango de condiciones del problema, y un sistema de calefacción eléctrico de volumen despreciable.

En la cámara B hay n_B = 240 mol de un gas ideal de c_vB = 21 J/mol K a P_B1 = 12 bar.

Desde este estado inicial, se suministra al calefactor de A un trabajo eléctrico de 1000 kJ, y el sistema evoluciona hasta el estado 2.

Posteriormente se sueltan los topes del émbolo interior, alcanzándose el estado 3.

Hallar:

• 1. Presiones y temperatura en los estados 1, 2 y 3
• 2. Variación de entropía y de exergía total del sistema gas+cilindro+émbolos en las etapas 1-2 y 2-3.

Datos:

• T₀ = 298 K.
• En el exterior del émbolo sólo actúa en todo momento la presión atmosférica P₀ = 1 bar. 

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