Mecânica dos Fluidos II

Código:

EM0034

Sigla:

MF II

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2017/2018 - 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	200	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	3	-	6	58,5	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Analisar, compreender e caraterizar o comportamento dos fluidos em escoamentos interiores, as necessidades energéticas de um escoamento e o funcionamento de bombas e ventiladores centrífugos, a medição de grandezas fundamentais em escoamentos, a interação entre um fluido em movimento e um objeto nele imerso e alguns aspetos fundamentais dos escoamentos compressíveis, tendo em vista a resolução de problemas de mecânica dos fluidos em engenharia.

Resultados de aprendizagem e competências

Espera-se que no final do semestre os alunos consigam/conheçam:
1. As diferenças fundamentais entre escoamentos com variação desprezável da massa volúmica do fluido e escoamentos compressíveis;
2. Aplicar as equações de conservação da massa e da energia a escoamentos viscosos em condutas, calcular perdas de carga, necessidades de energia e caudal disponível, e dimensionar condutas simples;
3. Os princípios fundamentais do funcionamento e as curvas caraterísticas de bombas e ventiladores centrífugos, visando a seleção e a análise do funcionamento desses equipamentos;
4. Os princípios de funcionamento e os domínios de utilização dos tipos de medidores de velocidade, de caudal e de pressão mais comuns;
5. Compreender os aspetos essenciais dos escoamentos em torno de corpos neles imersos e caraterizar as forças resultantes da interação escoamento-corpo.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

ESCOAMENTO COMPRESSÍVEL
Limite de incompressibilidade. Número de Mach. Propagação e velocidade do som. Cone de Mach. Escoamento permanente, adiabático e isentrópico. Propriedades de estagnação, propriedades críticas e ponto sónico.
Escoamento isentrópico com mudanças de secção – produção de um escoamento supersónico.
Área crítica, pressão crítica e caudal crítico. Escoamento "bloqueado".
Onda de choque normal.

ESCOAMENTOS EM TUBAGENS
Regimes de escoamento, número de Reynolds (rev.).
Zona de entrada e escoamento desenvolvido. Perfis de velocidade em condutas.
Perda de carga em linha em condutas lisas de secção circular. Equação de Darcy-Weisbach.
Solução de escoamentos laminares.
Escoamento turbulento. Tensões laminar e turbulenta. Viscosidade turbulenta.
Perfil de velocidades: lei de parede, lei logarítmica, lei de Blasius.
Solução do escoamento turbulento em condutas lisas. Efeito da rugosidade. Equações de Colebrook e de Haaland. Diagrama de Moody.
Perdas de carga localizadas. Coeficiente de perda de carga e comprimento equivalente.
Perdas de carga em condutas de secção não circular.
Diferentes tipos de problemas envolvendo perdas de carga. Determinação de caudais em condutas. Dimensionamento de tubagens.
Associação de condutas em série e em paralelo.

BOMBAS E VENTILADORES CENTRÍFUGOS
Noções elementares sobre o funcionamento de bombas e ventiladores. Classificação. Triângulos de velocidades. Estimativa integral da altura manométrica e do caudal de uma bomba centrífuga.
Curvas características da altura manométrica, da potência e do rendimento.
Pré-seleção de uma bomba ou ventilador.
Ponto de funcionamento. Estabilidade.
Associação de bombas em série e em paralelo.
Cavitação. Capacidade de aspiração de uma bomba. NPSH.

MEDIÇÃO DA VELOCIDADE, DO CAUDAL E DA PRESSÃO
Tubos manométricos e transdutores de pressão.
Debitómetros de obstrução fixa e de obstrução variável. Placa-orifício. Venturi. Rotâmetro. Debitómetros de turbina e eletromagnético.
Tubo de Pitot e sonda de Prandtl. Termoanemómetros, de ultrasons e anemometria laser-Doppler.

ESCOAMENTOS EXTERIORES
Forças sobre um corpo imerso num escoamento. Coeficientes aerodinâmicos.
Escoamento sobre uma placa plana. Camada limite. Regimes de escoamento.
Camada limite laminar. Estimativas integrais e formulação diferencial. Solução de Prandtl/Blasius.
Camada limite turbulenta. Soluções aproximadas. Lei logarítmica.
Arrasto sobre uma placa plana. Influência da rugosidade.
Camada limite na presença de gradiente de pressão.
Escoamentos em torno de corpos rombos. Arrasto. Componentes viscosa e de pressão.
Sustentação. Escoamento em torno de perfis alares. Distribuição de pressão na superfície.
Descolamento aerodinâmico (stall).
Influência da envergadura finita.

Bibliografia Obrigatória

Bruce R. Munson, ... [et al.]; Fluid Mechanics. ISBN: 978-1-118-31867-6
Frank M. White; Fluid mechanics. ISBN: 978-0-07-128645-9

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A unidade está organizada em três sessões semanais com a duração de 1,5 hora cada, sendo duas teóricas e uma teórico-prática.

A participação nas  3 sessões laboratoriais (cada uma delas com a duração de 2 horas)  é obrigatória para obtenção de frequência na disciplina.

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas
Ciências Físicas > Física > Mecânica clássica > Dinâmica dos fluidos
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia mecânica > Engenharia de sistemas de propulsão

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	60,00
Teste	30,00
Trabalho laboratorial	10,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	101,00
Frequência das aulas	59,00
Trabalho laboratorial	6,00
Total:	166,00

Obtenção de frequência

Presença em, pelo menos, 70% das sessões teórico-práticas e de laboratório.

Fórmula de cálculo da classificação final

Durante o semestre: duas provas de tipo teórico, em plataforma Moodle.
Uma a realizar a meio do semestre (6 de Novembro, 14:00) e a outra no final (4 de Dezembro, 17:00). Provas sem consulta, duração de 25 minutos.  Cada uma delas classificada de 0 a 20, e peso de 15% na classificação final.

Durante o semestre: sessões de laboratório.
Três sessões de laboratório (com a duração de 2 horas cada) para realização de trabalho experimental. Em todas as sessões é respondido e avaliado um questionário, que no seu conjunto constutuirão a classificação de laboratório.

Na época de exame, prova escrita de caráter prático.

•  Exame (em dia a anunciar na semana de 2 a 5 de Janeiro de 2018); ou


•  Recurso (em dia a anunciar na semana de 22 a 26 de Janeiro)

Consulta limitada (formulário de duas páginas A4), duração de 120 minutos. O acesso a esta prova exige um mínimo de 7/20 valores de média no conjunto das duas provas teóricas e prova de laboratório.

A obtenção da classificação mínima de 7 valores nas provas do Moodle e sessões de laboratório é condição para a participação na parte escrita do Exame ou do Recurso.

1. A época de recurso/melhoria de nota inclui, como um todo, avaliação nas duas componentes, teórica e prática. Os pesos das componentes teórica e prática na classificação final serão os mesmos da época de exame. Na época de recurso é exigida igualmente a classificação mínima de 7 valores nas componentes teórica.


2. A classificação obtida em qualquer das provas de Moodle durante o semestre é parte integrante do Exame. A prova de Recurso  terá a sua prova de Moodle, horas antes da componente escrita.

A classificação final será determinada com pesos de 30% e 10% da classificação das provas no Moodle e laboratório, e 60% da prova escrita.




em todas estas componentes (Exame ou Recurso, Moodle e Laboratório) é exigida a classificação mínima de 7 (sete) valores.

A classificação final poderá ser ajustada em mais ou menos 1/20, função de critérios de assiduidade, participação nas aulas, etc..

Alunos com classificação superior a 16 valores poderão ser submetidos a prova oral.

Provas e trabalhos especiais

Não estão previstos.

Trabalho de estágio/projeto

Não aplicável.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as normas da FEUP e em prova idêntica à da época de recurso.

Melhoria de classificação

De acordo com as normas da FEUP, em simultâneo e com as mesmas regras da prova de recurso.