Prova 1-2022 1

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA INTEGRAL (05A) CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA NOTURNO (103A) SEMESTRE LETIVO (2022/1) PROVA 01 Orientação geral: 1) Para a resolução dos exercícios, há a necessidade de emprego de dígitos do GRR. Considerando-se o GRR na forma GRR20XXABCD, por exemplo: GRR20123456, tem-se A=3, B=4, C=5, D=6. Assim, verifique seu GRR para emprega-lo corretamente nos exercícios propostos. 2) Entrega via UFPRVirtual até 23/12/2022 às 23:59. QUESTÕES 1 (valor: 25). Considere os seguintes gases: argônio (Ar), massa molecular = 39,95 kg/kmol, γ = 1,67; neônio (Ne), massa molecular = 20,18 kg/kmol, γ = 1,67; gás carbônico (CO2), massa molecular = 44 kg/kmol, γ = 1,316; hidrogênio (H2), massa molecular = 2,0 kg/kmol, γ = 1,40; metano (CH4), massa molecular = 16,0 kg/kmol, γ = 1,305. Calcule os valores das constantes de cada gás, bem como os valores dos calores específicos a pressão e a volume constante. Obtenha, também, a velocidade do som para cada um dos gases, para uma temperatura de 300 +20A K. 2. (valor: 15) Suponha que em um dado escoamento, o número de Mach associado seja de 0,5, enquanto a temperatura e a pressão medidas são de 500 + 10B K e 200 + 20C kPa. Obtenha os valores das propriedades de estagnação (pressão, temperatura, massa específica), bem como a velocidade local do som e a velocidade de escoamento. Considere que o gás em questão seja ar (R = 287 J/kgK; γ = 1,40). 3. (valor: 20) Durante a reentrada do veículo Apollo na atmosfera terrestre, o número de Mach em um dado ponto da trajetória era M = 38 e a temperatura da atmosfera era de 270 + 20D K. Calcule a temperatura de estagnação em um ponto do veículo, considerando que o gás (ar) seja caloricamente perfeito (R = 287 J/kgK; γ = 1,40) e que o mesmo esteja sujeito a um choque normal. Você considera o resultado obtido acurado? Caso negativo, explique o motivo e informe se a temperatura obtida é superestimada ou subestimada. 4. (valor: 20) Considere três gases hipotéticos, com γ = 1,20, γ = 1,40 e γ = 1,67. Todos os gases apresentam R = 500 J/kgK, temperatura de 500 K e pressão de 100 kPa, estando em escoamento com Mach igual a 5 + 0,1A. Se o escoamento nos três gases é submetido a choques normais, calcule os valores dos números de Mach, das temperaturas e das pressões após os respectivos choques. 5. (valor: 20) Um escoamento supersônico horizontal entre placas passa sobre uma quina de compressão localizada em um ponto A, sofrendo um choque oblíquo. Tal choque se propaga até atingir a outra superfície no ponto B, de onde ela é refletida. Tem-se, assim, a formação de três regiões distintas: região 1, antes (a montante) do choque; região 2, atrás (a jusante) do choque; e região 3, atrás (a jusante) do choque refletido. Considere que na região 1, tenha-se um escoamento com Mach igual a 2,3 , que o ângulo de deflexão (θ) seja de (10 + D) graus, que o escoamento seja de ar (γ = 1,40) e que a temperatura e a pressão estática sejam, respectivamente, de (300 + 20·A) K e (100 + 20·B) kPa. Determine o ângulo Φ existente entre o choque refletido em relação à respectiva parede, bem como o número de Mach, a pressão e a temperatura atrás do choque refletido (região 3).