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Enunciado

Física - Frank White - Mecânica dos Fluidos- Ed: 6º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 9

Hidrogênio e oxigênio líquidos são queimados em uma câmara de combustão e expelidos através de um bocal de foguete que descarrega a V s a í d a = 1600   m / s à pressão ambiente de 54 kPa. O diâmetro de saída do bocal é 45 cm e o jato sai com massa específica de 0,15 kg/m³. Se o gás de exaustão tem um peso molecular de 18, calcule (a) a temperatura do gás de saída, (b) a vazão em massa e (c) o empuxo desenvolvido pelo foguete.

Passo 1

E aí, gente!! Tudo bem? Então vou mostrar pra vocês que mecânica dos fluidos quando misturada com termodinâmica fica bemmmm maneira!!

Primeira coisa é entender que estamos num problema de bocal, ou seja, vamos ter que usar as equações para essa física específica.

(a) Da equação 9.3, podemos estimar o valor de R g á s e por consequência a temperatura de saída, se liga!

R g á s = Λ M

Onde Λ é a constante universal de valor 8314 J/kmol.K

R g á s = 8314 18 = 462 J k g . K

Por fim a temperatura de saída é dada por:

T s a í d a = p R ρ = 54000 462 0,15 = 779   K

Passo 2

(b) A vazão mássica é calculada molezinha também, porque temos já todos os parâmetros necessários:

m ˙ = ρ V A = 0,15 1600 π 4 0,45 2 = 38   k g / s

Passo 3

(c) O empuxo foi derivado no problema 3.68 do livro. Quando p s a í d a = p a m b i e n t e , temos que:

e m p u x o = ρ s A s V s 2 = m ˙ V s = 38 1600 = 61100   N

Resposta

  1. T s a í d a = 779   K
  2. m ˙ = 38 k g s
  3. e m p u x o = 61,1   k N
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