Mecânica dos Fluidos I

Código:

EM0029

Sigla:

MF I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2018/2019 - 2S

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	289	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	2	-	6	58,5	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Analisar, compreender e caraterizar, com base nas propriedades respetivas e nas leis fundamentais da mecânica, o comportamento dos fluidos em repouso e em movimento. Recorrendo a metodologias específicas e, nalguns casos, introduzindo simplificações relevantes, resolver problemas de Mecânica dos Fluidos em engenharia e criar a base para a resolução de outros mais abrangentes, com os conhecimentos complementares a transmitir no âmbito da Mecânica dos Fluidos II.

Resultados de aprendizagem e competências

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Análise Matemática

Álgebra

Estática, Cinemática e Dinâmica

Termodinâmica

Programa

Introdução. Âmbito e relevância da Mecânica de Fluidos no contexto da Engenharia Mecânica, definições básicas, conceito de fluido, noção de meio contínuo, massa volúmica, escoamento de Couette, condição de não-deslizamento, lei de Newton da viscosidade, fluidos newtonianos e não-newtonianos, conceito de pressão, pressão de vapor e cavitação. Módulo de elasticidade. Velocidade do som. Tensão superficial e o efeito de Marangoni.
Estática dos fluidos. Pressão no seio de um fluido em repouso, lei de Pascal, princípio fundamental da hidrostática. Pressão absoluta e relativa, manómetros e barómetros. Força de impulsão. Força hidroestática em superfícies planas imersas e respetivo centro de pressões. Força hidrostática em superfícies curvas. Estabilidade. Variação de pressão num fluido com movimento de corpo rígido
Cinemática de escoamentos. propriedades do campo de velocidades, perspectivas lagrangeana e euleriana da mecânica dos fluidos, aceleração convectiva e local. Sistemas e volumes de controlo. Definição de caudal e de velocidade média, lei da conservação da massa (continuidade). Conceitos de trajetória, linha de corrente e linha de rasto.
Introdução à dinâmica dos fluidos. 2ª lei de Newton ao longo de uma linha de corrente e na normal a uma linha de corrente. Equação de Euler. Equação de Bernoulli. Conceito de fluido ideal. Interpretações da equação de Bernoulli. Pressão dinâmica e pressão de estagnação. Medições de velocidade e de caudal e respetivos sistemas: sondas de Pitot e de Prandtl, placa orifício. 2ª lei de Newton na direção normal a uma linha de corrente. Pressão em jatos livres.
Equações fundamentais - formulação integral. Teorema de transporte de Reynolds. Lei da conservação da massa. Lei de Newton e equação da quantidade de movimento linear. Força resultante sobre um volume de controle, força de reação hidrodinâmica. Equação da quantidade de movimento angular. Princípio da conservação da energia mecânica. Aplicações.
Equações fundamentais - formulação diferencial. Movimentos e deformações de elementos de fluidos. Tensores velocidade de deformação e rotacional. Vetor vorticidade. Função de corrente. Volume de controlo diferencial. Sistemas de coordenadas cartesianas e polares. Função de corrente. Equação de conservação da massa. Análise da 2ª lei de Newton: forças de superfície e de volume. Tensor das tensões. Quantidade de movimento linear: equações de Navier-Stokes. Aplicações das equações de Navier-Stokes.
Análise dimensional, semelhança e modelação. Relevância da análise dimensional, princípio da consistência dimensional, representação dimensional versus representação adimensional, teorema dos "Pi" de Buckingham, adimensionalização: selecção de variáveis e dimensões de referência, grupos adimensionais especiais. Introdução à teoria da semelhança: modelos, semelhança geométrica, cinemática e dinâmica. Adimensionalização das equações fundamentais da Mecânica dos Fluidos.

Bibliografia Obrigatória

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

Bibliografia Complementar

Bird, R. Byron; Transport Phenomena. ISBN: 0-471-07395-4
Oliveira Luís Adriano 1952-; Mecânica dos fluidos. ISBN: 972-8480-13-X
Çengel Yunus A.; Mecânica dos fluidos. ISBN: 978-85-86804-58-8
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
G.A. Tokaty; A History of the Philosophy of Fluid Mechanics , Dover Publications, 1994. ISBN: 0-486-68103-3
M. P. Escudier; Introduction to Engineering Fluid Mechanics, Oxford University Press, 2017. ISBN: 978-0-19-871988-5

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A Unidade de Crédito está organizada em três sessões semanais de 1,5 horas, sendo duas teóricas e uma teórico-prática.
Aulas teóricas: Exposição dos conceitos teóricos, discussão, apresentação e resolução de exemplos de aplicação.
Aula teórico-prática: Aplicações dos conceitos e resolução de problemas tipo. Esclarecimento das dúvidas dos alunos.

Cada aluno participará ainda, ao longo do semestre, em três aulas práticas de 2 horas em contexto laboratorial, que serão agendadas pelos docentes apoiados por monitores.

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	93,00
Frequência das aulas	63,00
Trabalho laboratorial	6,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Presença em 100% das sessões laboratoriais. A participação nas 3 sessões laboratoriais (cada uma delas com a duração de 2 horas) é obrigatória para os alunos em primeira inscrição.

Os alunos que tenham realizado as sessões de laboratório no ano letivo de 2017/18 poderão optar por não as realizar e manter a classificação do ano anterior.

 

Embora não seja exigida a frequência em 70% das aulas teórico-práticas, é altamente recomendável a participação dos alunos em todas as aulas teóricas e teórico-prática. Nas aulas TP haverá lugar à marcação das presenças, que poderão ser utilizadas para pequenos ajustamentos da classificação final em casos pontuais e de forma discricionária.

Fórmula de cálculo da classificação final

Durante o semestre
A avaliação desta Unidade Curricular é constituída por dois mini-testes, de 30 a 60 minutos de duração (a definir caso a caso) e três questionários de laboratório, a realizar durante o semestre, e um exame final. Todas as componentes de avaliação são sem consulta, ou com consulta de um formulário restrito fornecido pelos docentes junto com os enunciados da prova. Os alunos serão previamente informados caso a caso.

 Cada mini-teste é classificado de 0 a 20 e tem um peso de 15% na classificação final. O primeiro mini-teste ocorrerá sensivelmente a meio do semestre e o segundo mini-teste terá lugar próximo do final do semestre.

Questionários laboratoriais: Durante o semestre terão lugar três sessões de laboratório, com uma duração de 2h cada, para realização de trabalho experimental. Em todas as sessões é respondido e avaliado um questionário que no seu conjunto constituirá a classificação do laboratório com um peso de 10% na nota final (isto significa que cada questionário, classificado de 0 a 20 valores, tem um peso de 1/3 de 10% para a média final).

Exame final: o exame final tem um peso de 60% para a nota final e a ele só têm acesso os alunos que simultaneamente tenham obtido uma média de 7/20 valores no conjunto dos dois mini-testes e uma média de 7/20 valores no conjunto dos três questionários.

Aprovação à disciplina: terá aprovação à disciplina o aluno cuja média ponderada dos elementos de avaliação seja igual ou superior a 9,5 valores, sendo necessário ter nota mínima de 7 valores em cada um dos 3 elementos de avaliação (média dos dois mini-testes, média dos três questionários de laboratório e exame final)

2) Época de recurso

A época de recurso é também constituída por 3 elementos de avaliação, a saber:

• um mini-teste que se realizará no dia anterior ao do exame escrito, e que tem um peso de 30% para a média final;
• o valor médio dos três questionários realizados durante o semestre, que tem um peso de 10% para a nota final;
• o exame propriamente dito, que tem um peso de 60% para a nota final e a que só têm acesso os alunos que tenham obtido uma nota de 7/20 valores no mini-teste do recurso e uma média de 7/20 valores no conjunto dos três questionários laboratoriais realizados durante o semestre.

Aprovação à disciplina na época de recurso: terá aprovação à disciplina o aluno cuja média ponderada dos 3 elementos de avaliação seja igual ou superior a 9,5 valores, sendo necessário ter nota mínima de 7 valores em cada um dos elementos de avaliação.

Resumo
Classificação final= 0,6 x (Exame ou Recurso) + 0,3 x Média dos Mini-testes (semestre ou recurso) + 0,1 x Média dos Questionários Laboratorias (realizados durante o semestre).

Nota 1
Nos mini-testes está vedado o uso de calculadora.

Nota 2
Os exames serão exclusivamente em língua portuguesa.

Nota 3

Durante os mini-testes e exames não é permitida a posse pelos alunos de qualquer tipo de dispositivo de comunicação, como por exemplo telemóvel, smartphone, tablete ou computador. A posse de qualquer um destes dispositivos durante a realização das provas de avaliação, mesmo que se encontre desligado, é causa suficiente para a anulação da prova. Antes da prova se iniciar o aluno poderá depositar o seu dispositivo numa mesa designada pelo vigilante para o efeito, mas à equipa de vigilantes não pode ser atribuída qualquer responsabilidade em caso de desaparecimento do equipamento

Provas e trabalhos especiais

Não estão previstos

Trabalho de estágio/projeto

Não estão previstos

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as normas da FEUP, em simultâneo e com as mesmas regras da prova de recurso, pressupondo por isso nota mínima de 7/20 valores na média dos três questionários laboratoriais realizados durante o semestre também de nota mínima de 7/20 no teste escrito.

Melhoria de classificação

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

 

Observações

As aulas serão em português