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Entupimento de Bocal Explicado: Compreendendo Limitações de Fluxo em Fluidos Compressíveis

Definição

Entupimento de bocal ocorre quando a velocidade do fluxo na garganta do bocal atinge a velocidade local do som (Mach 1). Nesse ponto, a vazão mássica se torna máxima e não pode aumentar ainda mais elevando a pressão upstream.

Física

• Bocal convergente: Área diminui → velocidade ↑, pressão ↓.
• À medida que Mach → 1, a pressão cai rapidamente.
• Em Mach 1 (entupido), a pressão da garganta = pressão crítica (P*).

Razão de Pressão Crítica

Para gás ideal:

PRc = P*/P₀ = [(γ+1)/2]^(γ/(γ-1))

• γ = razão de calor específico (Cp/Cv)
• Ar (γ=1.4): PRc ≈ 0.528

Efeitos do Entupimento

• Vazão mássica fixa (independente da pressão downstream).
• Instabilidade do fluxo → ruído, vibração.
• Possível separação da camada limite → dano ao bocal.
• Ondas de expansão downstream se o bocal for convergente-divergente (de Laval).

Aplicações

Motores de fogão, turbinas a vapor, turbinas a gás, túneis de vento supersônicos, válvulas de alívio de pressão.