Lista de Exercicios para P2 de MFA

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Lista de Exercícios para P2 de MFA 
 
1. Determine a temperatura de estagnação e a pressão de estagnação do ar que está 
fluindo a 44 kPa, 245,9 K e 470 m/s. 
 
2. Ar a 300 K está fluindo em um duto a uma velocidade de (a) 1, (b) 10, (c) 100 e (d) 
1000 m/s. Determine a temperatura que uma sonda estacionária inserida dentro do 
duto lerá em cada caso. 
 
3. Calcule a temperatura e pressão de estagnação para as seguintes substâncias que 
escoam através de um duto: (a) hélio a 0,25 MPa, 50 ºC e 240 m/s; (b) nitrogênio a 
0,15 MPa, 50 ºC e 300 m/s e (c) vapor a 0,1 MPa, 350 ºC e 480 m/s. 
 
4. Ar entra em um compressor com uma pressão de estagnação de 100 kPa e uma 
temperatura de estagnação de 27 ºC e é comprimido para uma pressão de estagnação 
de 900 kPa. Assumindo que o processo de compressão seja isoentrópico, determine 
fornecida pelo compressor para uma vazão mássica de 0,02 kg/s. 
 
5. Produtos de combustão entram em uma turbina a gás com pressão de estagnação de 
1,0 MPa e uma temperatura de estagnação de 750 ºC e eles expandem para uma 
pressão de estagnação de 100 kPa. Tomando k = 1,33 e R = 0,287 kJ/kg.K para os 
produtos de combustão e assumindo que o processo de expansão seja isoentrópico, 
determine a potência extraída da turbina por unidade de massa do fluxo. 
 
6. Ar escoa através de um equipamento cuja pressão de estagnação é 0,6 MPa, a 
temperatura de estagnação é 400 ºC e a velocidade é 570 m/s. Determine a pressão 
estática e a temperatura do ar nesse estado. 
 
7. Ar expande adiabaticamente numa turbina. A pressão e a temperatura na seção de 
alimentação da turbina são iguais a 5,5 bar (abs) e 890 K e a pressão na seção de 
descarga da turbina é 1,0 bar (abs). Se a queda de temperatura real do escoamento de 
ar é igual a 85% da queda de temperatura ideal, determine a temperatura do ar na 
seção de descarga da turbina e as variações reais de entalpia e entropia específicas 
associadas ao escoamento de ar na turbina. 
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8. Determine o número de Mach associado ao movimento de um automóvel que se 
desloca na atmosfera padrão a (a) 40 km/h, (b) 90 km/h e (c) 160 km/h. 
 
9. Um avião moderno voa a Mach 3 numa altitude de 24000 m. Qual o valor da 
velocidade do avião em m/s? 
 
10. Determine a velocidade do som no (a) ar, (b) dióxido de carbono, (c) hélio, (d) 
hidrogênio e (e) metano. Admita que a temperatura seja igual a 20 ºC e que os fluidos 
se comportam como gases perfeitos. 
 
11. A pressão de estagnação indicada pelo tubo de Pitot de um avião é 45 kPa (abs). 
Determine a velocidade e o número de Mach do avião sabendo que o voo é realizado 
numa altitude de 3050 m. 
 
12. Dióxido de carbono entre em um bocal adiabático a 1200 K com a velocidade de 50 
m/s e deixa o bocal a 400 K. Assumindo que os calores específicos são constantes na 
temperatura ambiente, determine o número de Mach (a) na entrada e (b) na saída do 
bocal. 
 
13. Nitrogênio entra em um trocador de calor a 150 kPa, 10 ºC e 100 m/s e recebe 120 
kJ/kg de calor quando atravessa o trocador de calor. O nitrogênio deixa o trocador de 
calor a 100 kPa com uma velocidade de 200 m/s. Determine o número de Mach do 
nitrogênio na entrada e na saída do trocador de calor. 
 
14. O avião de passageiros Airbus A-340 tem um peso máximo de decolagem de cerca de 
260.000 kg, um comprimento de 64 m, uma envergadura de 60 m, uma velocidade de 
cruzeiro máxima de 945 km/h, uma capacidade de 271 passageiros, altitude máxima 
de cruzeiro de 14.000 m e um alcance máximo de 12.000 km. A temperatura do ar na 
altitude de cruzeiro é de cerca de – 60 ºC. Determine o número de Mach desse avião 
para as condições limites estabelecidas. 
 
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15. Explique como varia a pressão ao longo do escoamento isoentrópico de gás perfeito 
num duto com seção transversal variável. Admita que o escoamento seja (a) subsônico 
e (b) supersônico. 
 
16. Qual é a razão entre a pressão estática e a de estagnação associada às seguintes 
situações: (a) um corredor se deslocando a 32 km/h, (b) um ciclista correndo a 64 
km/h, (c) um automóvel se deslocando a 105 km/h e (d) um avião voando a 800 km/h. 
Considere que o ar na atmosfera sempre se encontra na condição padrão. 
 
17. O escoamento isoentrópico numa seção a montante da garganta de um duto 
convergente − divergente apresenta V1 = 150 m/s, p1 = 100 kPa (abs) e T1 = 20 ºC. A 
área da seção transversal da garganta é igual a 0,1 m2. Se o escoamento na seção de 
descarga do duto é supersônico, determine a vazão em massa de gás no duto. 
Considere que o gás que escoa no duto é (a) ar, (b) metano e (c) hélio. 
 
18. Considere um bocal convergente com velocidade sônica no plano de saída. Agora a 
saída do bocal é reduzida enquanto que as condições dentro do bocal são mantidas 
constantes. O que acontecerá com (a) a velocidade de saída e (b) a vazão mássica 
através do bocal. 
 
19. Um gás, inicialmente a uma velocidade supersônica entre em um duto convergente 
adiabático. Discuta como isso afeta (a) a velocidade, (b) a temperatura e (c) a pressão 
e (d) a densidade do fluido. 
 
20. Um gás, inicialmente a uma velocidade supersônica entre em um duto divergente 
adiabático. Discuta como isso afeta (a) a velocidade, (b) a temperatura e (c) a pressão 
e (d) a densidade do fluido. 
 
21. Repita as discussões dos itens 19 e 20 para um gás à velocidade subsônica. 
 
22. Um gás a uma temperatura e pressão de estagnação específica é acelerado a Mach 
2,0 em um bocal convergente-divergente e a Mach 3,0 em um outro bocal. O que pode 
ser dito sobre as pressões nas gargantas desses dois bocais? 
 
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23. Ar entra em um bocal convergente-divergente a uma pressão de 1,2 MPa com 
velocidade desprezível. Qual a menor pressão que pode ser obtida na garganta do 
bocal? 
 
24. Hélio entra em um bocal convergente-divergente a 0,7 MPa, 800 K e 100 m/s. qual é a 
menor temperatura a pressão que podem ser obtidas na garganta do bocal? 
 
25. Calcule a temperatura, pressão e densidade críticas de (a) ar a 200 kPa, 100 ºC e 250 
m/s e (b) hélio a 200 kPa, 40 ºC e 300 m/s. 
 
26. Dióxido de carbono em repouso a 800 kPa e 400 K é acelerado isentropicamente até 
atingir um número de Mach de 0,6. Determine a temperatura e pressão do dióxido de 
carbono depois da aceleração. 
 
27. Ar a 200 kPa, 100 ºC e número de Mach (M) igual a 0,8 escoa através de um duto. 
Calcule a velocidade e a pressão, temperatura e densidade de estagnação do ar. 
 
28. Uma aeronave é projetada para viajar a Mach 1,4 a 8.000 m, onde a temperatura 
atmosférica é 236,15 K. Determine a temperatura no bordo de ataque da asa. 
 
29. Ar entra em um bocal a 0,2 MPa, 350 K e a uma velocidade de 150 m/s. Assumindo 
que o fluxo seja isentrópico , determine a pressão e temperatura do ar em um ponto 
em que a velocidade do ar seja igual à velocidade do som. Qual a razão da área desse 
ponto e da área na entrada. 
 
30. Um gás ideal com k = 1,4 está escoando através de um bocal cujo número de Mach é 
2,4 onde a área é 25 cm2. Assumindo que o fluxo seja isentrópico, determine a área de 
fluxo no ponto em que o número de Mach é 1,2. 
 
 
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Funções para escoamento compressível isentrópico unidimensional para um gás ideal com 
k = 1,4 
 
 
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