Bocal De Laval (Tubeira)

O bocal De Laval, ou tubeira como é mais conhecido, é o componente que tem por objetivo acelerar os gases produzidos na câmara de combustão à velocidades supersônicas.

Os gases produzidos na câmara de combustão, provenientes da combustão do propelente, devem apresentar como propriedades uma baixa velocidade de escoamento (velocidade subsônica), elevada pressão e elevada temperatura. Como exemplo podemos ter na câmara de combustão, velocidades da ordem de Mach 0.1, pressões de 50 atmosferas e temperaturas de 2500 ^oC.

A tubeira é dividida em três partes, o convergente, a garganta ou secção de estrangulamento e o divergente. O escoamento dos gases de combustão ocorre da seguinte forma:

Câmara de Combustão è Convergente è Garganta è Divergente

Equações daTubeira

1. Equação para Cálculo do Número de Mach

onde

M - Número de mach, M<1 escoamento subsônico, M=1 escoamento sônico, M>1 escoamento supersônico;

g - Razão dos calores específicos dos gases de combustão;

R - Constante universal dos gases ideais 8,314 N.m/K.mol;

T - Temperatura dos gases de combustão (K);

m - Massa molecular média dos gases de combustão (Kg/mol);

2. Velocidade de Ejeção dos Gases

onde

V_e - Velocidade dos gases na saída da tubeira (velocidade de ejeção dos gases), (m/s);

T_c - Temperatura dos gases na câmara de combustão (K);

P_c - Pressão dos gases na câmara de combustão (N/m²);

P_e - Pressão dos gases na secção de saída da tubeira (N/m²);

3. Empuxo

onde

F - Empuxo (N);

C_F - Coeficiente de empuxo;

A_T - Área da secção transversal da garganta da tubeira (m²);

4. Coeficiente de Empuxo

onde

C_F - Coeficiente de empuxo;

A_e - Área da secção transversal da saída da tubeira (m²);

P_a - Pressão ambiente (N/m²);

Convém ressaltar que para uma tubeira bem dimensionada, Pe = Pa, e dizemos que a tubeira está adaptada.

5. Razões de Área

onde

A_e - Área da secção transversal da saída da tubeira (m²);

A_T - Área da secção transversal da garganta da tubeira (m²);

Geometria da Tubeira

Basicamente temos dois perfis geométricos, a tubeira de perfil cônico e a tubeira de perfil tipo "sino".

Na tabela abaixo apresentamos os tipos de perfis, bem como seus usos, suas vantagens e desvantagens.

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