25
Capítulo 12 ESCOAMENTO COMPRESSÍVEL Neste capítulo a Mecânica dos Fluidos funde-se com a Termodinâmica, devido à importância que os fenômenos térmicos adquirem. Por causa disso, a primeira parte do capítulo destina-se a uma compatibilização da nomenclatura e à introdução de conceitos que não haviam sido utilizados até este momento por estarem ligados aos efeitos térmicos. Nas aplicações é mais fácil trabalhar com energias por unidade de massa e não por unidade de peso, fazendo-se as devidas transformações. Esse assunto é extremamente vasto e complexo e o leitor que desejar um maior aprofundamento de seus conhecimentos deverá consultar livros dedicados apenas a ele. O objetivo deste capítulo consiste em alertar o leitor sobre as complicações advindas da variação da massa específica ao longo do escoamento e chamar a atenção para os fenômenos provocados por essa característica. Destacam-se ainda as mudanças de comportamento no escoamento supersônico, a existência de uma vazão em massa máxima nos condutos e o aparecimento da onda de choque. Todos esses fenômenos, abordados dentro de hipóteses simplificadoras, poderão orientar o leitor quando estiver lidando com algum problema prático sobre o assunto. Exercício 12.1 ( ) ( ) ( ) 3 5 2 2 2 p v p v p p m kg 226 , 5 273 95 260 10 5 RT p ) e kJ 627 J 688 . 626 10 95 6 , 921 8 T mc H ) d kJ 450 J 888 . 449 10 95 6 , 661 8 T mc I ) c K . kg J 6 , 661 393 , 1 6 , 921 k c c ) b K . kg J 260 393 , 1 1 393 , 1 6 , 921 k 1 k c R 1 k kR c ) a = + × × = = ρ = = × × = Δ = Δ = = × × = Δ = Δ = = = = × = = = Exercício 12.2 ( ) MJ 21 15 4 , 1 U k T mc H ) d MJ 15 10 20 460 717 568 , 47 T mc U kg 568 , 47 293 287 2 10 2 RT V p m ) c C 460 K 733 2 5 293 T T T p p mRT V p mRT V p ) b K . kg J 717 1 4 , 1 287 1 k R c ) a K . kg J 287 29 315 . 8 R p 6 v 6 1 1 1 o 2 1 2 1 2 1 1 2 2 v = × = Δ = Δ = Δ = × × × = Δ = Δ = × × × = = = = × = = = = = = = = =

Exercícios resolvidos - Mecanica dos Fluidos - cap12 (Franco Brunetti - 2ed)

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Capítulo 12

ESCOAMENTO COMPRESSÍVEL

Neste capítulo a Mecânica dos Fluidos funde-se com a Termodinâmica, devido à importância que os fenômenos térmicos adquirem. Por causa disso, a primeira parte do capítulo destina-se a uma compatibilização da nomenclatura e à introdução de conceitos que não haviam sido utilizados até este momento por estarem ligados aos efeitos térmicos. Nas aplicações é mais fácil trabalhar com energias por unidade de massa e não por unidade de peso, fazendo-se as devidas transformações. Esse assunto é extremamente vasto e complexo e o leitor que desejar um maior aprofundamento de seus conhecimentos deverá consultar livros dedicados apenas a ele. O objetivo deste capítulo consiste em alertar o leitor sobre as complicações advindas da variação da massa específica ao longo do escoamento e chamar a atenção para os fenômenos provocados por essa característica. Destacam-se ainda as mudanças de comportamento no escoamento supersônico, a existência de uma vazão em massa máxima nos condutos e o aparecimento da onda de choque. Todos esses fenômenos, abordados dentro de hipóteses simplificadoras, poderão orientar o leitor quando estiver lidando com algum problema prático sobre o assunto. Exercício 12.1

( )( )

( ) 3

5

2

22

p

v

pv

pp

m

kg226,527395260

105RTp

)e

kJ627J688.62610956,9218TmcH)dkJ450J888.44910956,6618TmcI)c

K.kgJ6,661

393,16,921

k

cc)b

K.kgJ260

393,11393,16,921

k1kcR

1kkRc)a

=+×

×==ρ

==−××=Δ=Δ==−××=Δ=Δ

===

=−

×=−

=→−

=

Exercício 12.2

( )MJ21154,1UkTmcH)d

MJ151020460717568,47TmcU

kg568,47293287

2102RT

Vpm)c

C460K73325293T

TT

pp

mRTVpmRTVp

)b

K.kgJ717

14,1287

1kRc)a

K.kgJ287

29315.8R

p

6v

6

1

11

o2

1

2

1

2

11

22

v

=×=Δ=Δ=Δ=×−××=Δ=Δ

××==

==×=⇒=→⎭⎬⎫

==

=−

=−

=

==

Exercício 12.3

( )

( )kgkJ3,93

s

m275.93201505,717Tcu

K.s

m5,71714,1

2871k

Rc

K.s

m28729315.8

MRR)b

C150K4234,0

27320

4,0

TT4,0

TT

)abs(kPa3714,0

103p4,0

ppV4,0V

VV

pp

)a

2

2v

2

2v

2

2

mol

o4,01k

12

1k

2

1

4,12k1

212

k

1

2

2

1

==−×=Δ=Δ

=−

=−

=

===

==+

==→=

==→=→=→⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−−

( )kgkJ6,130

000.11201505,004.1h

K.kgkJ5,004.1

14,12874,1

1kkRc

Tch)c

p

p

=×−×=Δ

=−

×=

−=

Δ=Δ

Exercício 12.4

K.kgJ562

500500ln3,461

573423ln872.1

pp

lnRTT

lncs1

2

1

2p −=×−×=−=Δ

Exercício 12.5

29,0342100

cv

sm3422932864,1kRTc

sm100

6,3360v

===Μ

=××==

==

Exercício 12.6

kPa9,5)abs(kPa1,94

6,02

14,11

120

21k1

pp

21k1

pp

14,14,1

21kk

2

0

1kk

20

−==

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

−+

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Μ

−+

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Μ

−+=

−−

sm2093,3012874,16,0kRTv

mkg088,1

3,301287101,94

RTp

C3,28K3,3016,0

214,11

323

21k1

TT

3

3

o

22

0

=×××=Μ=

=××

==ρ

===−

+=

Μ−

+=

Exercício 12.7

( )

%45,01003,67

6,673,67êrro

6,6702,0000.13619,12v

m

kg19,129328710100

RTp

h2hg2ppg2v

ppg2

vívelIncompress

sm3,672932874,1196,0kRTMv

196,01100

72,10214,1

2M

1p

p1k

2MMk

1k1p

p

)abs(kPa72,10210072,2p

kPa72,2Pa272002,0000.136hp

1

3

3

HgHg

12121

21

4,114,1

k1k

01kk

20

0

Hg0

abs

=×−

=

=××=

=××

==ρ

γρ

γ=−

γ=→

γ=

γ+→

=××==

=⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎡−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=⇒⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=

=+=

==×=γ=

Exercício 12.8

mm970m97,011293287

4004,1214,1

000.13610100h

11RTv

k21kph1

ph

1RT1k

k2v

14,14,1

23

1kk

2

m

k1k

m2

==⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎡−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛+

××

×−×

=

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎡−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−γ

=⇒⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎡−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛ γ+

−=

−−

%8,27100970

970700

mm700m7,0000.136120.95

gpp

h

Pa120.952

400189,12vpp

Hg

0

22

0

=×−

===ρ−

=

=×=ρ

=−

Exercício 12.9

)abs(Pa102,35,0000.13610hpp)a 45Hg12 ×=×−=γ−=

[ ] [ ][ ] [ ]

( )

%11310047,01111

QQ

1Q

QQêrro

QQ)c

skg518,0

5,0132,012

2932871047,095,0

AA

1

pp

12A

RTpCQ)b

47,032,0132,05,01

5,0132,015,332,0

5,05025

AA

e32,010

102,3pp

pp

1pp

AA

1

AA

1pp

11k

k

pp

m

invm

m

incmmmincm

2

5

2

1

2

1

2

21

Dm

429,12

2286,0714,0

1

25

4

1

2

1

2k2

1

22

1

2

2

1

2k1k

1

2

k1

1

2

=×⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛−=

φ−=−=

−=⇒

φ=

=−−×

×××=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

φ=

=−××−−×−×

===×

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=φ

Exercício 12.10

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=φ

1

2k2

1

22

1

2

2

1

2k1k

1

2

k1

1

2

pp

1pp

AA

1

AA

1pp

11k

k

pp

kPa149101,5000.10200hpp 3Hg12 =××−=γ−= −

( )

( )

( )s

kg151,1444,01

745,0124

1,03662077

10200844,095,0Q

AA

1

pp

12A

RTpCQ

K.kgJ2077200.5

665,11665,1c

k1kR

1kkRc

844,0

745,01745,0444,01

444,01745,011665,1

665,1

745,0

444,01510

DD

AA

;745,0200149

pp

2

23

m

2

1

2

1

2

21

Dm

pp

665,12

2

2665,11665,1

665,11

22

1

2

1

2

1

2

=−−×

××π

×××

××=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

φ=

=×−

=−

=⇒−

=

=

−×⎟⎟

⎜⎜

⎛×−

−×⎟⎟

⎜⎜

⎛−×

−×=φ

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛===

Exercício 12.11

( )

( )

( )

( )

%4,51001310

12391310êrro)c

sm1310

5,115,1

405,12111015,1

0651.02v

ppp

k211pp2v)b

sm12391015,1

0651,02v

m

kg0651,05504189

105,1K.s

m4189532.14405,1

1405,1ck

1kRRTp

pp2v)a

5c

0

c0c0

0c

5c

3

50

2

2p

0

00

c0c

=×−

=

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −×

+××−×=

−+−

ρ=

=×−=

=××

=×−

=−

=→=ρ

−ρ

=

Exercício 12.12

s102,1477,591

440.7vv

st)c

m440.7502,147800.14s

s50296

800.14cRt

5,0296

2,147c

vsm2,147

6,3530v

2296

7,591cv

sm7,591

6,3130.2v

sm2962182874,1kRTc)b

211

222

111

=+

=+Δ

=

=×−=Δ

===

===Μ⇒==

===Μ⇒==

=××==

Exercício 12.13

sm8162952574,137,2kRTMv

37,225sen

1MM1

2sen

o

=×××==

==→=α

Exercício 12.14

3*

**

133,133,1

5

1kk

0*1kk

*0

**

0*2*0

mkg338,0

346462036.54

RTp

)abs(kPa54)abs(Pa036.54

2133,11

10

21k1

pp

21k1

pp

sm46134646233,1kRTv

K346

2133,11

403

21k1

TT

21k1

TT

==ρ

==

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=→⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=

=××==

=−

+=

−+

=→Μ−

+=

−−

Exercício 12.15

1.Tab1Ms →=

K5,4775738333,0T8333,0TT

)abs(MPa5283,015283,0p5283,0pp

s0

s

s0

s

=×=→=

=×=→=

skg338,0102438856,3Q

sm4385,4772874,11kRTMv

AvQm

kg856,35,477287

105283,0RTp

4m

sss

sssm

3

6

s

ss

=×××=

=×××==

ρ=

=××

==ρ

Exercício 12.16

21*

15

0

1

51atmHg1

cm1,2015340,1A340,1AA

8434,0102680.168

pp

)abs(Pa680.168505,0000.13610pphp

=×=⇒=→=×

=

=×+=⇒=γ−

Exercício 12.17

a) T0 = 373 K = 100 oC

bloqueadoestánão833,0102,1

10pp

)b5

5

0

s →=×

=

1.Tab8333,0pp

0

s →=

skg183,010196984,0AvQ

sm1963542874,152,0kRTMv

m

kg984,0354287

10RTp

3sssm

sss

3

5

s

ss

=××=ρ=

=×××==

==ρ

c) A mesma

1.Tab3,0M)d →=

23m

5

cm6,151056,1073,1115

193,0v

QA

sm1153662874,13,0kRTMv

073,136628710127,1

RTp

=×=×

=

=×××==

=××

==ρ

K3543739487,0T9487,0TT

52,0M

s0

s

s

=×=→=

=

)abs(Pa10127,1102,19395,0p9395,0pp

K3663739823,0T9823,0TT

55

0

0

×=××=→=

=×=→=

e) Ms=1 1.Tab→

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

=×=→=

×==→=

K3113738333,0T8333,0TT

)abs(Pa10893,15283,010p5283,0

pp

s0

s

55

00

s

skg396,0105,35312,1AvQ

s,m5,3533112874,11kRTMv

m

kg12,1311287

10RTp

3sssm

sss

3

5

s

ss

=××=ρ=

=×××==

==ρ

Exercício 12.18

( ) mm64m064,0000.136

1029564,01h

9564,0pp

erpolandoint38,21026,1

103AA

ppp

1hphp)e

m1026,159,1102

59,1A

A)d

sm7,1367,2902874,14,0kRTv

59,1AA

4,0969,0

3007,290

TT

)c

)abs(Pa102p)b

)abs(Pa102pp

K300TT)a

5

0

A3

3

*A

Hg

00

A

AHg0

233

B*

2BB

*B

B

0

2

5A2M

52M0

10

==××−

=

⎩⎨⎧

=→→=×

×=

γ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=⇒=γ−

×=×

==

=×××=Μ=

⎪⎩

⎪⎨⎧

=

=Μ→==

×=

×==

==

−−

Exercício 12.19 Fixando o sistema de referência no conduto, isto é, no avião: v1 = 180 m/s

→→===

=××==

1.Tab55,05,327

180cv

M

sm5,3272672874,1kRTc

1

11

1

1.Tab8,0M 2 →=

sm2542512874,18,0kRTMv 222 =×××==

Exercício 12.20

sm1,933452874,125,0kRTv

)abs(MPa55,0575,0957,0p957,0pp

K345349988,0T988,0TT

25,0

39,2009,137,2AA

AA

AA

009,1AA

)abs(MPa575,05913,034,0p5913,0

pp

K3498606,0300T8606,0

TT

9,03002874,1

312kRTv

222

20

2

20

2

2

*1

1

2*2

*1

00

1

00

1

1

11

=×××=Μ=

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=×=→=

=×=→=

→=×=×=

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

=

==→=

==→=

→=××

==Μ

Exercício 12.21

→== 21020

A

A*e

rpm4926022

103R2

vn

sm1032932874,13,0kRTMv

'e''

e'e =×

×π×=

π=→=××==

rpm36046022

755R2

vn

sm7552932874,12,2kRTMv

''e''''

e''e =×

×π×=

π=→=××==

K2839449,0267T9449,0

TT

)abs(kPa1288201,0100p8201,0

pp

00

1

00

1

==→=

==→=

K2518865,0283T8865,0TT

)abs(kPa80656,0128p656,0pp

20

2

20

2

=×=→=

=×=→=

2,2M

3,0M''e

'e

=

=

Exercício 12.22

22

ss

ms

3

5

s

ss

sss

s0

s

s

6

5

0

s

2G

G22

GG

mG

GGG

3

5

G

GG

G0

G

56G

0

G

G

cm413m0413,0794037,1

34v

QA

mkg037,1

33628710

RTp

)d

sm7943362874,116,2kRTv

K3366505173,0T5173,0TT

16,21,0

1010

pp

)c

m165,010147,24A4Dm10147,2

467394,334

vQ

A

sm4675422874,11kRTv)b

mkg394,3

5422871028,5

RTp

K5426508333,0T8333,0TT

)abs(Pa1028,5105283,0p5283,0pp

1)a

==×

=

==ρ

=×××=Μ=

⎪⎩

⎪⎨

=×=→=

=Μ==

=π××

=⇒×=×

=

=×××=Μ=

=××

==ρ

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

=×=→=

×=×=→=

−−

Exercício 12.23

→=

=

1M

K310T)a

G

0

8333,0TT

5283,0pp

0

G

0

G

=

=

.mesmoO)cK2583108333,0T08333T

)abs(kPa6,1067,2015283,0p5283,0p)bm

kg27,2310287107,201

RTp

)abs(kPa7,201)abs(kPa695.201p200.95p5283,0p200.95pp

200.95pp

7,0000.136phpp

0G

0G

3

3

0

00

0

00G0

G0

GHgG0

=×===×==

=××

==ρ

===−→=−

+=

×+=γ+=

Exercício 12.24

2s*

223

ss

ms

3

3

s

ss

xSsss

*s

s0

s

s

0

s

smxS

smemsmiiiS

cm3,17999,3

3,69999,3A

A)c

cm3,69m1093,6864.1348,0

5,4v

QA

mkg348,0

000.128710100

RTp

)b

N838818645,4Fsm1864000.12874,194,2kRTv

999,3AA

K000.1730.23665,0T3665,0TT

94,2

0294,0400.3

100pp

vQFvQvQvQnApF)a

===

=×=×

=

=××

==ρ

=×−=⇒=×××=Μ=

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

=

=×=→=

==

−=

−=+−=

∑ rrrrr

Exercício 12.25

→== 76,11,0

176,0

A

A*3

)abs(MPa08,068,01164,0p1164,0pp

06,2M

)abs(MPa622,068,09143,0p9143,0pp

36,0M

''3

0

''3

''3

'3

0

'3

'3

=×=→=

=

=×=→=

=

skg1621,05,31021,5Q

sm5,3102402874,11kRTMv

mkg21,5

24028710359,0

RTp

)abs(MPa359,068,05283,0p5283,0pK2402888333,0T8333,0T

vAQ

m

GGG

3

6

G

GG

0G

0G

m

=××=

=×××==

=××

==ρ

=×===×==

ρ=

Exercício 12.26

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

=×=⇒=

=×=⇒=

=×=⇒=

→=Μ

=×=×

=

=×××=Μ=

=××

==ρ

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

=×=⇒=

=×=⇒=

→=Μ

2s*

s

s0

s

s0

s

s

222

GG

mG

GGG

3

6

G

GG

G0

G

G0

G

G

cm419251668,1A668,1AA

)abs(MPa0128,01,01278,0p1278,0pp

K1442605556,0T5556,0TT

2

cm251m1051,2295815,0

3,6v

QA

sm2952172874,11kRTv

mkg815,0

21728710053,0

RTp

K2172608333,0T8333,0TT

)abs(MPa053,01,05283,0p5283,0pp

1

Exercício 12.27

→== 089,1293319

A

A*s

)abs(MPa516,051,13417,0p3417,0pp

7358,0TT

34,1M

s0

s

0

s

s

=×=→=

=

=

Na realidade, existe também a solução subsônica, entretanto, com essa velocidade de saída, a temperatura seria um valor prático impossível.

N342.4110319000.2324,0AvFm

kg324,0544.528710516,0

RTp

AvF

K544.52874,134,1

000.2

kRM

vTkRTMv

42s

2ssS

3

6

s

ss

s2ssS

2

2

2s

2s

ssss

x

x

=×××=ρ=

=××

==ρ

ρ=

=××

==→=

Exercício 12.28

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

===⇒=

=

→=

=××=××=

=⇒=×=×=

=××=××==

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=

=

=

→=Μ

⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪

=

=

===⇒=

→=Μ

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=

=

→=

)abs(kPa1,1218259,0100

8259,0p

p8259,0pp

9468,0TT

53,0

256,1AA

256,1176,11094,135,1

AA

A

A

AA

AA

)c

A075,1A93,0094,1176,11

A

AAA

AA

)b

46,2272,019298,07209,0

pp

p

p

pp

pp

Int)a

094,1A

A

7209,0pp

9108,0TT

7011,0

458,2pp

32,1TT

)abs(kPa1309298,0

1,1219298,0

pp9298,0

p

p

7011,0

5,1

176,1AA

6897,0TT

5,1

272,0pp

sy0

y0

s

0

s

s

*y

s

x

*x

*y

y*x

s*y

s

*x

*y*

y

y

x

*x

*y

*x

x

x0

x0

y0

y0

y

x

yOC

*y

y

y0

y

0

y

y

x

y

x

y

y0

x0x0

y0

y

x

*x

x

0

x

x

x0

x

K3179468,0300

9468,0T

T)e

)abs(kPa130p)d

s0

x0

===

=

K.kgJ8,20

458,2

32,1ln004.1

pp

TT

lncss)g

A6,213A184161,1Qsm1843002874,153,0kRTv

mkg161,1

30028710

RTp

AvQ)f

41,114,1

k1k

x

y

x

y

pxy

ssm

sss

3

5

s

ss

sssm

=×=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=−

=××=

=×××=Μ=

==ρ

ρ=

−−

Exercício 12.29

→= 1278,0pp

x0

x

→= 2M x

→= 58,0M y

437,1213,1688,112

A

A

AA

A

A

A

A*y

y

x

*x

*x

s*y

s =××=××=

→= 437,1A

A*y

s

688,1A

A

5556,0TT

2M

*x

x

0

x

x

=

=

=

5,4p

p

687,1T

T

7209,0p

p

5774,0M

x

y

x

y

0

0

y

x

y

=

=

=

=

213,1A

A

7962,0p

p

9370,0T

T

*y

y

0

y

0

y

y

=

=

=

)abs(Pa1004,18650,0

109,0p8650,0pp

9594,0TT

46,0M

55

00

s

0

s

s

yy

×=×

=→=

=

=

m47,01036,1

1084,11028,8pph

)abs(Pa1028,81084,15,4p5,4p

)abs(Pa1084,11044,11278,0p1278,0p

php)b

K3139594,0300

9594,0T

T

)abs(kPa144)abs(Pa1044,17209,0

1004,17209,0

pp)a

5

44

Hg

xy

44xy

450x

yHgx

s0

550

0

x

yx

×−×=

γ

−=

×=××==

×=××==

=γ=

===

=×=×

==

8650,0pp

x

7962,0pp

x

5283,0pp

x)c

y0

ss

y0

yyOC

x0

GG

=→

=→

=→

Exercício 12.30

⎩⎨⎧

=Μ ′′=Μ′

→=×

=

=Μ→=×

=

2,23,0

210

102AA

76,0756,010

1056,7pp

s3

3

*s

s6

5

0

s

Sim. Para ser totalmente subsônico Ms ≤ 0,3. Como Ms = 0,76, o escoamento passou para supersônico e posteriormente para subsônico através de uma onda de choque.

Exercício 12.31

→=×

=−

−4,1

10

104,1

A

A)a

3

3

*x

c

1850,0pp

6175,0TT

76,1M

x0

x

0

x

x

=

=

=

447,3pp

502,1TT

8302,0p

p

6257,0M

x

y

x

y

x0

y0

y

=

=

=

=

→= 76,1M x

→= 6257,0M y

→=×

×=

−667,1

102,1

102

A

A3

3

*y

s

( )

( )

skg78,110217122,5AvQ

sm1715052874,138,0kRTMv

m

kg22,55052871056,7

Tp

)c

sm4224836257,032176,12874,1v

K4835209286,0T9286,0TK3215206175,0T6175,0T

TMTMkRkRTMkRTMvvv)b

3sssm

sss

3

5

ss

ss

0y

0x

yyxxyyxxyx

=×××=ρ=

=×××==

=××

=×−×××=Δ

=×===×==

−=−=−=Δ

Exercício 12.32 Ver o exercício 12.31 Exercício 12.33

233y*

y*y

y

0

y

0

y

m102,1166,1104,1

166,1A

A166,1A

A

7716,0pp

9286,0T

T

y

−−

×=×

==→=

=

=

)abs(Pa1035,89052,0

1052,79052,0p

p9052,0pp

K5209719,0505

9719,0T

T)a9719,0TT

38,0M

55

sy0

y0

s

s0

0

s

s

×=×

==→=

===→=

=

244

s*y*

y

s

y0

s

s

m107,33188,11040

188,1A

A188,1A

A

784,0pp

6,0M

−−

×=×

==→=

=

=

→== 9324,0

429400

TT

y0

s

→=×

×=

−128,1

107,33

1038

A

A4

4

*y

1

000.136p5283,0p7465,0

)abs(Pa000.136pp

php

xy 00

Gy

yHgG

=−

=−

=γ+

→= 66,0M y

( )absPa109,010013,18876,0p

)abs(Pa10013,1p

000.136p5283,0p8876,07465,0

660

60

00

y

x

xx

×=××=

×=

=−×

Exercício 12.34

⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪

=

=

=

→=Μ

=×=×

=

=×××=Μ=

=××

==ρ

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

=×=⇒=

=×=⇒=

→=Μ

783,3pp

562,1TT

7947,0p

p84,1

606,0)b

cm924m1024,9422818,2

110v

QA

sm4224442874,11kRTv

mkg818,2

44428710359

RTp

K4445338333,0T8333,0TT

)abs(kPa3596805283,0p5283,0pp

1)a

x

y

x

y

x0

y0

x

y

222

GG

mG

GGG

3

3

G

GG

G0

G

Gx0

G

G

7465,0p

p

9199,0TT

66,0M

y0

y

0

y

y

=

=

=

xx

y0y0

0

0p8876,0p8876,0

p

p=→=

2*ys*

y

ss

2y*y*

y

yy

2x*

x

x

x0

x

0

x

x

cm835.1154.159,1A59,1A59,1AA

4,0

cm154.1188,1

1371188,1A

A188,1A

A606,0)c

cm371.1484,1924A484,1AA

1537,0pp

5963,0TT

84,1

=×=⎪⎩

⎪⎨⎧

=⇒=→=Μ

===⎪⎩

⎪⎨⎧

⇒=→=Μ

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=×=⇒=

=

=

→=Μ

Exercício 12.35

9325,0400373

TT

0

1 ==

Na segunda situação *1

A

A não muda, mas o escoamento é supersônico.

188,1A

A*1 =

52,1M x =

CouK91274365TTT oxy =−=−=Δ

Exercício 12.36

24,1AA

857,0429,1225,1

mkg429,1

40028710164

RTp

)a

*x

0

3

3

0

00

=⎩⎨⎧→==

ρρ

=××

==ρ

188,1A

A6,0M

*1

1

=

=

K274400684,0T684,0T684,0TT

52,1M

0x0

x

x

=×==→=

=

K365274334,1T334,1T333,1T

T

6941,0M

xyx

y

y

=×==→=

=

sm3663332874,11kRTv

K3334008333,0T8333,0TT

1)c

skg29,410160517519,0AvQ

sm5172672874,158,1kRTv

mkg519,0

2672871040

RTp

)b

)abs(kPa401642423,0p2423,0p2423,0pp

K2674006670,0T6670,0T6670,0TT

58,1

24,1AA

GGG

G0

GG

4xxxm

xxx

3

3

x

xx

0x0

x

0x0

x

x

*x

=×××=Μ=

=×=⇒=⎩⎨⎧

→=Μ

=×××=ρ=

=×××=Μ=

=××

==ρ

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=×=×=⇒=

=×=×=⇒=

→=

Exercício 12.37

1,0101

100pp

)a30

s =×

=

b) Se a onda de choque está na seção de saída, a montante tem-se a segunda solução

isoentrópica, que corresponde à solução do item anterior.

16,2M x = Exercício 12.38

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=

=

=Μ=Μ

→==

=

666,6pp

059,2TT

521,042,2

5283,0p

p

pp

pp

x

y

x

y

y

x

x0

y0

x0

G

y0G

K2,1553005173,0T5173,0T5173,0TT

16,2M

0s0

s

s

=×==→=

=

K2832,155822,1T822,1T822,1T

T

5525,0M

xyx

y

y

=×==→=

=

sm1853162874,1521,0kRTv

K3163339487,0T9487,0TT

521,0

yyy

y0

yy

=×××=Μ=

=×=⇒=⎩⎨⎧

→=Μ

Exercício 12.39

2

máx

1

máx

2

máx

1

máxD

Lf

DLf

DL

fD

Lf

DL

fDLf ⎟

⎞⎜⎝

⎛+=⎟

⎞⎜⎝

⎛→⎟

⎞⎜⎝

⎛−⎟

⎞⎜⎝

⎛=

M2 = 0,9

32,0M1 =

L=15m (1) (2)

p2 = 105 Pa(abs) T2 = 294 K M2 = 0,9

D = 7,5cm f = 0,02

T0 ? p0 ?

01451,0D

Lf

)abs(Pa1086,8129,1

10129,1p

p129,1p

p

K6,284033,1

294033,1T

T033,1T

T

2

máx

45

2**2

2**2

=⎟⎠

⎞⎜⎝

×===→=

===→=

0145,401451,0075,0

1502,0D

Lf

1

máx =+×

=⎟⎠

⎞⎜⎝

)abs(Pa1031086,8389,3p389,3p

p

K7,3346,284176,1T176,1T

T32,0M

541*

1

1*1

1

×=××=→=

=×=→=

=

)abs(Pa1022,39315,0103p9315,0

pp

K3429799,0

7,334T9799,0TT

55

00

1

00

1

×=×

=→=

==→=

Exercício 12.40

)abs(MPa011,0259,027,0ppp

176,1TT

)abs(MPa259,00764,0389,3p389,3pp

32,0

224,4D

Lf

224,4025,0

2,13008,0299,5D

Lf

DL

fD

Lf

299,5D

Lf

)abs(MPa0764,0619,327,0

619,3p

p619,3pp

179,1TT

3,0

21

*2

2*2

2

H

máx

H

máx

1H

máx

2H

máx

H

máx

1**1

*1

1

=−=−=Δ

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

=

=×=⇒=

→=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=

===⇒=

=

→=Μ

Exercício 12.41

5,0M1 =

5,0M1 =

1M2 =

sm3342772874,11kRTMv 222 =×××==

Exercício 12.42

⎪⎩

⎪⎨⎧

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛→=Μ

=⎪⎩

⎪⎨⎧

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛→=Μ

3050,0DLf

2

5222,0DLf

3

2H

máx2

1H

máx1

( )absMPa166,0843,014,0

843,0p

p843,0pp 1

00

11

1

===→=

( )absMPa124,034,1166,0

34,1

pp34,1

p

p11 0*

0*0

0===→=

( )

K2773338333,0T8333,0T8333,0TT

absMPa065,0124,05283,0p5283,0p5283,0pp

020

2

*02*

0

2

=×==→=

=×==→=

8,1012,0

1,02172,0f

D2172,0L

2172,03050,05222,0DLf

H

H

máx

=

=−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

Exercício 12.43

3M1 =

sm4204392874,11kRTMv *** =×××==

2M2 =

sm6852922874,12kRTMv 222 =×××==

m17,201,0

1,02172,0f

D2172,0L

2172,03050,0522,0D

LfD

LfD

Lf

2,1

2

máx

1

máx2,1

==

=−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Exercício 12.44

K245

504,3pp

1775,15,288

1775,1T

T1775,1TT

31,0

8,4025,0

602,0D

Lf

*1

1**1

1

1

máx =

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

=

==⇒=

→=×

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

( )

m22,501,0

1,05222,0f

D5222,0L5222,0D

Lf

absMPa46,02182,0

1,02182,0p

p2182,0p

p

K4394286,0188

4286,0T

T4286,0T

T

1máx1

máx

1**1

1**1

==→=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

===→=

===→=

( )

3050,0D

Lf

absMPa19,046,04083,0p4083,0p4083,0pp

K2924396667,0T6667,0T6667,0TT

2

máx

*2*

2

*2*

2

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

=×==→=

=×==→=

skg219,0

4025,0314422,1

4DvQ

sm3142452874,11kRTv

mkg422,1

24528710100

RTp

22**

máx

***

3

3

*

**

=×π

××=π

ρ=

=×××=Μ=

=××

==ρ

Exercício 12.45 A leitura do termômetro é 600 K, uma vez que a temperatura de estagnação não se altera.

→== 22040

A

A*3

→= 2,2M x

→= 5471,0M y

→== 59,15,31

50

A

A*y

4

→= 4,0M 4

cm8504A4D 4

4 =π×

=

059,108,0

502,0309,2DLf

DLf

DLf

4

máx

5

máx =×

−=−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

( )absMPa0468,05,009352,0p09352,0p09352,0pp

K3056005081,0T5081,0T5081,0TT

2,2M

xx

0x0

x

0x0

x

x

=×==→=

=×==→=

=

( )absMPa314,05,06281,0p6281,0p6281,0p

p

5471,0M

xyx

y00

0

0

y

=×==→=

=

23*y*

y

3 cm5,3127,1

4027,1

AA27,1

A

A===→=

( )absMPa281,0314,08956,0p8956,0p8956,0pp

4,0M

yy

040

4

4

=×==→=

=

( )

309,2D

Lf

absMPa197,059,1314,0

59,1

pp59,1

p

p

4

máx

0*0*

0

0 yy

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

===→=

→=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛059,1

DLf

5

máx

skg68,110501987,1AvQ

sm1985802874,141,0kRTv

mkg7,1

58028710283,0

RTp

4555m

555

3

6

s

55

=×××=ρ=

=×××=Μ=

=××

==ρ

MPa13,01,023,0p

)abs(MPa23,0108,0158,2p38,2p

p5,0M

ef5

5*5

5

=−=

=×=→=

=