Mecânica dos Fluidos I

Código:

EM0029

Sigla:

MF I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2013/2014 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Fluidos e Energia
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEM	227	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	3	-	6	58,5	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Conhecer os fundamentos da Mecânica dos Fluidos, designadamente a caracterização dos fluidos e das suas propriedades. Conhecer as leis fundamentais que regulam o comportamento dos fluidos em repouso e a sua acção sobre as superfícies confinantes. Aprender e saber aplicar os princípios de conservação de massa, quantidade de movimento e energia na Mecânica dos Fluidos. Conhecer as formas diversas em que estes princípios são formulados, tanto na formulação integral como na diferencial. Conhecimento e aplicação dos princípios da análise dimensional e da semelhança. Como objectivo final (e em conjunto com a Mecânica dos Fluidos II) pretende-se que o aluno adquira a capacidade para resolver problemas concretos de Mecânica dos Fluidos em qualquer área de engenharia, em particular na Engenharia Mecânica.

Resultados de aprendizagem e competências

Aprender e saber aplicar os princípios de conservação de massa, quantidade de movimento em escoamentos de fluidos, em situações diversas no campo da engenharia mecânica, nomeadamente escoamentos em tubagens (regime laminar e turbulento), funcionamento de bombas e ventiladores centrífugos, medição das grandezas fundamentais, escoamentos exteriores e noções de escoamentos incompressíveis.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

INTRODUÇÃO Âmbito e relevância da Mecânica dos Fluidos. Conceito de fluido. Fluidos newtonianos e não-newtonianos. Lei de Newton da viscosidade. Grandezas e variáveis fundamentais em Mecânica dos Fluidos. Homogeneidade dimensional. ESTÁTICA DOS FLUIDOS Balanço de forças num elemento de fluido em repouso. Equação fundamental da Hidrostática. Manometria. Pressão absoluta e pressão relativa. Pressão atmosférica. Medição da pressão. Forças sobre superfícies imersas. Determinação do centro de pressões. Impulsão. CINEMÁTICA DOS FLUIDOS Noção de escoamento. Propriedades do campo de velocidades. Linhas de corrente e trajectórias. Visualização e técnicas de visualização de escoamentos. Descrições Lagrangeana e Euleriana. Noções de caudal e de velocidade média. DINÂMICA DOS FLUIDOS (fluidos invíscidos) 2ª Lei de Newton aplicada a uma partícula fluida. Integração ao longo de uma linha de corrente. Equações de Euler e de Bernoulli . Condições de aplicação da equação de Bernoulli. Pressões dinâmica e total. Ponto de estagnação. Linha de energia e cota piezométrica. Tubos de Pitot e de Prandtl e medição de velocidade. Perfis de velocidade e velocidade média. Integração da 2ª lei de Newton na direcção normal às linhas de corrente. Pressão em jactos livres. DINÂMICA DOS FLUIDOS (formulação integral) Teorema de transporte de Reynolds. Equações da conservação da massa, da quantidade de movimento linear (linear e angular) e da energia. Exemplos de aplicação. DINÂMICA DOS FLUIDOS (formulação diferencial) Conservação da massa e da quantidade de movimento (equações de Navier-Stokes). Condições fronteira. Exemplos de aplicação - escoamentos de Couete e de Hagen-Poiseuille. ANÁLISE DIMENSIONAL E SEMELHANÇA. Adimensionalização de uma dependência funcional. Teorema dos “Pi” de Buckingham. Adimensionalização: selecção de variáveis e dimensões de referência. Carácter “único” dos Pi. Interpretação física dos grupos adimensionais mais comuns em Mecânica dos Fluidos. Semelhança e modelação. Condições de semelhança. Adimensionalização das equações fundamentais da Mecânica dos Fluidos.

Esta Unidade de Crédito tem uma componente científica de 80% e uma componente tecnológica de 20%.

Bibliografia Obrigatória

B. R. Munson and T. H. Okiishi and W. W. Huebsch and A. P. Rothmayer; Fundamentals of Fluid Mechanics (7th edition), John Wiley \& Sons, Inc., 2013. ISBN: ISBN-10: 1118116135, ISBN-13: 978-1118116135
White, Frank M.; Fluid Mechanics. ISBN: 0-07-119911-X

Bibliografia Complementar

Ludwig Prandtl, O.G. Tietjens, L. Rosenhead (Translator) ; Fundamentals of Hydro- and Aeromechanics , Dover Publications , 1957. ISBN: ISBN: 0-486-60374-1
G. M. Homsy , H. Aref , K. S. Breuer , S. Hochgreb , J. R. Koseff , B. R. Munson, K. G. Powell , C. R. Robertson , S. T. Thoroddsen; Multimedia Fluid Mechanics - Multilingual Version CD-ROM, Cambridge University Press, 2003. ISBN: ISBN-10: 0521604761 | ISBN-13: 9780521604765
Bird, R. Byron; Transport Phenomena. ISBN: 0-471-07395-4
G.A. Tokaty; A History of the Philosophy of Fluid Mechanics , Dover Publications, 1994. ISBN: 0-486-68103-3

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A disciplina está organizada em 3 aulas teórico-práticas por semana, com 1 hora e meia de duração. A matéria é exposta nas aulas teóricas. Na aula prática são resolvidos problemas ilustrativos e discutidos aspectos de consolidação dos conhecimentos transmitidos.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	70,00
Teste	30,00
Trabalho laboratorial	0,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	180,00
Frequência das aulas	63,00
Trabalho laboratorial	20,00
Total:	263,00

Obtenção de frequência

Participação em 75% das aulas, conforme Regulamento da FEUP, e participação obrigatória na aula de laboratório.

Fórmula de cálculo da classificação final

Duas provas de tipo teórico, em plataforma Moodle, uma a realizar a meio do semestre e a outra no final. Provas sem consulta, duração de 25 minutos.

Exame escrito, na época de exames, de caráter prático. Consulta limitada (formulário), duração de 120 minutos.

A nota será formada com pesos de 30% para a média do conjunto das provas teóricas e 70% para a prática.

Na época de recurso/melhoria de nota os pesos das duas componentes na classificação final e a classificação mínima da parte teórica serão os mesmos.

A avaliação na época de recurso/melhoria de nota inclui, como um todo, avaliação nas duas componentes, teórica e prática.

A informação das aulas (assiduidade, participação, atitude nas aulas de laboratório, etc.) poderá ser utilizada em eventuais ajustamentos, até ao limite de 1/20.

Alunos com classificação final superior a 16 (dezasseis) valores poderão ser submetidos a prova oral.

Provas e trabalhos especiais

A avaliação é constituída por duas partes: (1) formato "clássico", resolução escrita de problemas (2) realizada em plataforma informática, em sala apropriada para o efeito, e obedecendo ao formato designado por “teste americano”.

SOBRE A AULA EM LABORATÓRIO A aula decorrerá no laboratório (M102), em datas a anunciar. Os trabalhos de laboratório não dão lugar à elaboração de qualquer relatório, mas poderão ser objeto de perguntas específicas em qualquer das provas de avaliação da disciplina.

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação será realizada simultaneamente e nos mesmos termos que a prova de recurso.