Caída de masas sobre un cilindro en equilibrio líquido-vapor

El cilindro de la figura y su émbolo, de masa despreciable, son adiabáticos y contienen n = 50 mol de un fluido en equilibrio líquido-vapor, inicialmente a P₁ = 1,01325 bar y ocupando un volumen V₁ = 0,05 m³. La sección del cilindro es A = 0,1 m².

El fluido en fase líquida tiene α^L ≈ 0 ; v^L = 18,6·10⁻⁶ m³/mol (constante en las condiciones de interés); c_p^L = 75,98 J/mol·K. Su calor latente de vaporización es l = 58692,1 J/mol − 48,42 (J/mol·K)·T. La curva de presión de vapor viene dada con suficiente aproximación por

ln (P / 1 bar) = 13,282 − (4951,46 K) / T

La fase vapor se puede considerar gas ideal. Desde una altura z = 4 m desde el fondo del cilindro, se deja caer una masa M = 500 kg, alcanzándose un nuevo equilibrio (estado 2).

Hallar

• Presión final (bar); temperaturas inicial y final (K)
• Títulos inicial y final, volumen final del fluido (m³)
• Variación de exergía del fluido (J)
• Destrucción exergética en el proceso (J)

Despréciense todos los rozamientos, disipaciones de calor al ambiente y capacidades caloríficas de los elementos sólidos. El ambiente está a P₀ = P₁ y T₀ = 300 K.

Se sugiere tomar como origen de entalpía y entropía el líquido saturado a P₁
 

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