Mecânica dos Fluidos

Código:

EBE0011

Sigla:

MFLU

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências de Engenharia

Ocorrência: 2020/2021 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Química e Biológica
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Bioengenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIB	77	Plano de estudos oficial	2	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Pretende-se que o esudante desenvolva um pensamento crítico e criativo na resolução de problemas de mecânica dos fluidos, com particular realce em aplicações de Bioengenharia.

Resultados de aprendizagem e competências

Ao completar esta unidade curricular o estudante será capaz de:

- Analisar e quantificar as forças exercidas por fluidos em objetos, quer em situação de repouso (hidrostática), quer em escoamento;
- Dimensionar sistemas para transporte de fluidos

Serão também desenvolvidas competências de trabalho em grupo, e de trabalho laboratorial.

Modo de trabalho

B-learning

Programa

1 - Introdução e conceitos fundamentais.
Os fluidos, a Mecânica dos Fluidos e a Bioengenharia. Forças que atuam no seio de um fluido. A hipótese do continuum e suas limitações em sistemas biológicos. Lei de Newton da viscosidade. Homogeneidade dimensional. Dimensões e sistemas de unidades. Fluidos Newtonianos e não-Newtonianos.

2 - Hidrostática.
Pressão sobre um elemento de fluido. Pressão absoluta e pressão relativa. Equação Fundamental da Hidrostática. Manometria. O paradoxo da hidrostática. Forças em superfícies submersas. Impulsão. Equilíbrio relativo. Aplicações.

3 - Cinemática do escoamento de fluidos.
Descrição de Euler e de Lagrange de um escoamento. Campos de velocidade e pressão. Visualização de escoamentos. Vetores velocidade e aceleração ao longo de uma linha de corrente.

4 - Equação de Bernoulli.
A equação de Bernoulli ao longo de uma linha de corrente. Aplicações: jatos livres, medidores de caudal (medidor de Venturi, medidor de orifício e descarregadores) e medidores de velocidade (tubo de Pitot – exemplos na natureza). 
 
5 - Análise dimensional.
Teorema de pi Buckingham. Grupos adimensionais comuns em Mecânica de Fluidos. Teoria dos modelos, semelhança cinemática, dinâmica e geométrica. Aplicações. 
 
6 - Análise integral em volumes de controlo finitos.
Equação da continuidade. Equação da energia. Equação da quantidade de movimento linear. Aplicações

 
7 - Escoamentos laminar e turbulento.
Escoamento em regime laminar. Equação de Hagen-Poiseuille. Escoamentos interiores em organismos. Bifurcação eficiente de vasos sanguíneos. Lei de Murray.
Escoamento em regime turbulento: experiência de Reynolds; conceitos fundamentais; perfil de velocidade. 
 
8 - Escoamento em tubagens e sistemas de bombagem.
Perdas de carga em tubagens. Diagrama de Moody. Perdas de carga localizadas. Comprimento equivalente. Perdas de carga em tubagens não-circulares. Diâmetro equivalente. Escoamento em tubagens múltiplas. Sistemas de bombagem. Dimensionamento de tubagens. Cálculo da potência de bombagem. Curva característica e curva da instalação. Ponto de funcionamento. Aplicações. 
 
9 - Camada limite e forças sobre objetos submersos.
Interpretação qualitativa e caracterização matemática simples. Comprimento de entrada numa tubagem. Desenvolvimento da camada limite. Forças de arrasto e de sustentação. Velocidade terminal. Aplicações. 
 
10 - Noções de fluidos não-Newtonianos.
Equações constitutivas. Modelo de fluido Newtoniano generalizado. Fluidos viscoelásticos. Conceitos elementares em reometria. Funções materiais. A reologia do sangue.

 

Adicionalmente serão efetuados os seguintes trabalhos laboratoriais:

- Técnicas de medição do caudal

- Determinação da curva característica de uma bomba centrífuga

- Escoamento laminar ao longo de um tubo

Bibliografia Obrigatória

Bruce R. Munson... [et al.]; Fundamentals of fluid mechanics. ISBN: 978-0-470-39881-4
J.M. Campos; Notas para o Estudo da Mecânica de Fluidos, FEUP Edições, 2013

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Os conceitos teóricos são apresentados em duas aulas teórico-práticas semanais de 1,5 h cada, sendo apresentados e discutidos alguns exemplos de aplicação.

 

Na aula laboratorial serão efetuados trabalhos experimentais relacionados com o programa da unidade curricular.

Os estudantes são incentivados a efetuar problemas de aplicação fora das aulas, estando o docente disponível para esclarecimento de dúvidas.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	37,50
Participação presencial	0,00
Teste	37,50
Trabalho laboratorial	25,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	6,00
Elaboração de relatório/dissertação/tese	9,00
Estudo autónomo	80,00
Frequência das aulas	39,00
Trabalho laboratorial	26,00
Total:	160,00

Obtenção de frequência

Assiduidade às aulas, de acordo com os regulamentos em vigor.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação da unidade curricular consistirá na realização de dois testes ou de um exame final, além da componente laboratorial obrigatória:

Teste 1 - A realizar em novembro (data a ser anunciada atempadamente).

Teste 2 - Teste sobre os conteúdos não abrangidos pelo Teste 1, a realizar pelos estudantes que obtiveram classificação igual ou superior a 8 valores no Teste 1. Teste a realizar na mesma data do exame da época normal.

A classificação final (CF) será calculada por:

CF = 0,25 x LAB + 0,75 x (NT1 + NT2)/2

em que:
- LAB representa a classificação da componente laboratorial referente a Mecânica dos Fluidos (escala 0-20 valores)
- NT1 e NT2 representam as classificações dos Testes 1 e 2, respetivamente (escala 0-20 valores). NT1 e NT2 têm nota mínima de 8 valores.

Caso a classificação obtida no Teste 1 seja inferior a 8 valores, em vez do Teste 2 será realizado o exame da época normal, que englobará toda a matéria lecionada. Neste caso a classificação final será obtida pela componente laboratorial (LAB) e pela classificação obtida no exame normal (EX): CF = 0,25 x LAB + 0,75 x EX.
Em alternativa ao exame da época normal pode ser realizado o exame de recurso, mas a componente laboratorial mantém o peso de 25% na classificação final.

Aos estudantes com classificação obtida no Teste 1 superior a 8 valores, é dada a opção de realizar o exame normal em vez do Teste 2, englobando todos os conteúdos lecionados na unidade curricular. Neste caso a classificação final será obtida por CF = 0,25 x LAB + 0,75 x EX.

O exame na época de recurso engloba todos os conteúdos lecionados nesta unidade curricular.

 

Os estudantes com aprovação na componente laboratorial em anos letivos anteriores não necessitam de repetir essa componente, mantendo a classificação na componente laboratorial (LAB).

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Exame final. A componente laboratorial mantém o peso de 25% na nota final.

Melhoria de classificação

Exame final. A componente laboratorial mantém o peso de 25% na nota final.

Observações

n.a.