Laboratório de Fluidos e Energia

Código:

M.EM034

Sigla:

LFE

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Energia

Ocorrência: 2021/2022 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Fluidos e Energia
Curso/CE Responsável:	Mestrado 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
M.EM	36	Plano de Estudos Oficial	1	-	6	39	162

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

 Num mundo de crescente exigência ao nível do desempenho profissional , é necessário que os futuros engenheiros possuam conhecimentos bem alicerçados numa variada gama de áreas científicas. Para esse efeito, as aulas laboratoriais são importantes uma vez que nelas os conceitos teóricos se conciliam com a prática, contribuindo-se assim para consolidar os conhecimentos adquiridos noutras unidades curriculares. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar cálculos de análise geral e detalhada de incerteza.
2. Escolher os sistemas de medição de temperatura, velocidade e caudal.
Competências Computacionais
3. Utilizar o programa EES para realizar análises gerais de incerteza e comparando também, sempre que possível, os resultados do modelo matemático com os resultados experimentais.
Competências Experimentais (e.g.)
4. Determinar experimentalmente algumas características reológicas de um fluido viscoelástico e ajustar modelos Newtonianos generalizados à curva de viscosidade.
5. Determinar experimentalmente coeficientes de convecção e de arrasto
6. Medir velocidades e caudais utilizando o tubo de Pitot e o método Log-linear, placas orifício e outros caudalímetros.
7. Determinar experimentalmente curvas de altura manométrica, de rendimento e potência, de bombas centrífugas a diferentes velocidades de rotação.
Competências Transversais
8. Escrever relatórios técnicos.
9. Realizar trabalhos em grupo

Resultados de aprendizagem e competências

 No final desta unidade curricular os alunos serão capazes de: -Realizar cálculos de análise de incerteza. -Utilizar o programa EES para realizar análises gerais de incerteza e simular alguns dos fenómenos presentes em trabalhos experimentais. -Escolher os sistemas de medição de temperatura, velocidade e caudal para uma dada aplicação. -Escrever relatórios técnicos. -Determinar experimentalmente algumas características reológicas de um fluido viscoelástico. Ajustar modelos Newtonianos generalizados, como seja o modelo de Carreau-Yasuda de cinco parâmetros, à curva de viscosidade versus taxa de deformação obtida num escoamento de corte simples. -Utilizar medidores de caudal como sejam o venturi, o rotâmetro e a placa orifício possuindo o conhecimento experimental do erro a eles associado, e calcular os respetivos coeficientes de perda de carga experimentais. -Medir velocidades e caudais utilizando o tubo de Pitot standard. -Regular caudais utilizando um variador de frequência, reconhecendo a poupança de energia associada a este método. -Determinar experimentalmente curvas de altura manométrica, de rendimento e potência de bombas centrifugas. -Medir temperaturas por intermédio de termopares utilizando apenas um voltímetro e a curva do termopar. -Determinar experimentalmente coeficientes de convecção e de arrasto.

Modo de trabalho

Presencial

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

Os estudantes deverão possuir conhecimentos inerentes às seguinte unidades ccurriculares, ou equivalentes: EM0016 Análise Numérica EM0019 Termodinâmica I EM0024 Termodinâmica II EM0029 Mecânica dos Fluidos I EM0034 Mecânica dos Fluidos II EM0037 Transferência de Calor

Programa

APRENDIZAGEM AUTO-DIDÁCTICA DOS SEGUINTES CONTEÚDOS (DISPONÍVEIS EM SLIDES e aulas gravadas)
ANÁLISE DE INCERTEZAS
Conceitos básicos e definições. Incerteza de uma variável medida, análise geral de incertezas, planeamento de experiências. Análise detalhada de incertezas.
MEDIÇÕES DE TEMPERATURA
Termometria baseada na expansão térmica, RTD, termistores e termopares.
MEDIÇÕES DE VELOCIDADE
Tubo de Pitot, ultra-sons, Laser Doppler, PIV entre outros.
MEDIÇÕES DE CAUDAL POR DIFERENÇAS DE PRESSÃO
Perfis de velocidade, placas orifício, venturis e tubeiras etc.
MEDIÇÕES DE CAUDAL COM BASE NOUTROS PRINCÍPIOS
Electromagnético, de turbina, de vórtices e de fluídica, de área variável, ultrasónicos, de correlação cruzada, entre outros.
TRABALHOS EXPERIMENTAIS (e.g.)
Ensaio reológico
Raio crítico de isolamento
Escoamento de ar através de uma placa orifício e Medição de caudais pelo método log-linear
Coeficientes de arrasto de esferas
Curvas características de uma bomba centrífuga
Coeficientes de convecção natural e forçada em corpos 3D

Bibliografia Obrigatória

Coelho P. M.; Métodos Experimentais (notas de apoio e fichas de trabalhos e resultados experimentais), 2011
Béla Lipták; Instrument Engineers’ Handbook, CRC Press, 2003 ( Disponivel para download no site da CRC press)
Richard S. Figliola, Donald E. Beasley; Teoria e projeto para medições mecânicas. ISBN: 978-85-216-1572-9
Coleman, Hugh W.; Experimentation and uncertainty analysis for engineers. ISBN: 0-471-63517-0

Bibliografia Complementar

Miller, Richard W; Flow Measurement Engineering Handbook. ISBN: 0-07-042366-0
Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, ISO, Genéve, 1995
Holman, J. P.; Experimental methods for engineers. ISBN: 0-07-118165-2
Ashrae; Fundamentals. ISBN: 1-883413-81-8
Robert P. Benedict; Fundamentals of temperature, pressure, and flow measurements
Kerlin, T.W.; Practical thermocouple thermometry, ISA, 199
ed. Robert A. Granger; Experiments in heat transfer and thermodynamics. ISBN: 0-521-44925-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas decorrerão no laboratório onde serão realizados os trabalhos experimentais. A ficha de resultados, que será objeto de avaliação expedita, tem em vista detetar erros e evitar que estes se repercutam no relatório respetivo.
Para incentivar os estudantes a ler previamente o protocolo relativo ao trabalho experimental que vão realizar, bem como estar atentos ao decorrer do trabalho experimental e também estudarem uma parte dos conteúdos da aprendizagem autodidática referida no ponto 4.4.5, haverá no final de cada aula um mini teste que avaliará essas referidas componentes.
No prazo de duas semanas após a realização do trabalho experimental os estudantes deverão entregar o relatório em formato pdf.
A penúltima aula será uma aula teórico-prática para resolver exercícios relativos aos conteúdos da aprendizagem autodidática referida no ponto 4.4.5, incidindo na análise de incertezas.

Software

EES - Engineering Equation Solver

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	35,00
Participação presencial	10,00
Teste	15,00
Trabalho laboratorial	40,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	116,00
Frequência das aulas	18,00
Trabalho laboratorial	28,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Terão frequência os alunos regularmente inscritos, que não excedam o número de faltas, de acordo com as regras em vigor, e que tenham obtido uma classificação não inferior a 10 valores no conjunto das componentes de avaliação (A), (B) e (C).

Fórmula de cálculo da classificação final

Avaliação distribuída sem exame final com as seguintes componentes:
Relatórios - 40%;
Fichas de resultados (a entregar no final de cada aula laboratorial) – 10%;
Mini testes (a realizar no final de cada aula laboratorial, incidindo sobre o trabalho experimental realizado e respectivo protocolo bem como sobre uma parte previamente definida dos conteúdos da aprendizagem autodidática referida no ponto 4.4.5) – 30%;
Teste a realizar na última aula ( resolução de exercícios práticos onde se aplica os conhecimentos adquiridos no estudo dos conteúdos da aprendizagem autodidática referida no ponto 4.4.5, com predominância  na análise de incertezas) – 20%;
O desempenho dos vários elementos de cada grupo, no trabalho em equipa, será no final do semestre avaliado pelos restantes colegas de grupo. Será descontado 20% à classificação do relatório por cada dia de atraso na entrega do mesmo.
Esta UC não é passível de avaliação em momento único.

Será descontado 20% à classificação do relatório por cada dia de atraso na entrega do mesmo.

Provas e trabalhos especiais

n.a.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Sendo esta unidade curricular de avaliação contínua, que não é passível de substituição por avaliação em momento único,  a avaliação de estudantes com estatuto especial é idêntica à dos alunos regulares ,i.e., a realização dos trabalhos de grupo ao longo do semestre é obrigatória.

Melhoria de classificação

não aplicável

Observações

Os estudantes que frequentem esta unidade curricular deverão já ter frequentado as unidades curriculares de Mecânica dos Fluidos I e II e Transferência de Calor, ou unidades curriculares com os mesmos programas  das referidas anteriormente.