Mecânica de Fluidos I

Código:

EA0022

Sigla:

MF I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Físicas (Física)

Ocorrência: 2012/2013 - 1S

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

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEA	35	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	2	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Objectivos principais desta disciplina:
Conhecer, compreender e analisar, com base nas leis fundamentais da mecânica e usando metodologias específicas, o comportamento dos fluidos em repouso e em movimento, com vista à resolução de problemas de mecânica dos fluidos na área da engenharia.
Espera-se que no final do semestre os alunos:
1. Consigam caracterizar os fluidos em termos das suas propriedades e sejam capazes de resolver problemas simples envolvendo a lei de Newton da viscosidade;
2. Sejam capazes de aplicar os princípios da estática de fluidos à determinação de forças de pressão, incluindo a determinação dos respectivos centros de pressões, e à manometria;
3. Sejam capazes de aplicar a equação de Bernoulli ao estudo de escoamentos supostos ideais, incluindo a medição do caudal e da velocidade dos escoamentos;
4. Saibam aplicar as equações da energia mecânica, da quantidade de movimento linear e angular a escoamentos;
5. Conheçam e saibam aplicar os princípios básicos da análise dimensional e da semelhança na perspectiva do estudo experimental em mecânica dos fluidos.
6. Sejam capazes de aplicar as equações de conservação da massa e da energia ao estudo dos escoamentos em condutas, incluindo o cálculo das perdas de carga que afectam esses escoamentos, com vista ao dimensionamento de instalações simples.
7. Compreendam as curvas características de funcionamento das bombas e ventiladores, de forma a seleccionar correctamente esses equipamentos de acordo com as exigências das instalações.
8. Saibam determinar forças de interacção associadas aos escoamentos em torno de corpos neles imersos.

Programa

1. Introdução à mecânica de fluidos: relevância do tema no contexto do curso, definições básicas, noção de meio contínuo, condição de não-deslizamento, massa volúmica, lei de Newton da viscosidade, conceito de pressão, pressão absoluta e pressão relativa, pressão de vapor e cavitação. Módulo de elasticidade. velocidade do som. Tensão superficial e o efeito de Marangoni.
2. Estática de fluidos: definições, lei de Pascal, manómetros e barómetros. Variação de pressão num fluido com movimento de corpo rígido. Força de impulsão. Força hidroestática em superfícies planas imersas e respetivo centro de pressões.
3. Cinemática de escoamentos: perspectivas lagrangeana e euleriana da mecânica dos fluidos, definição de caudal e de velocidade média, lei da conservação da massa (continuidade), aceleração convectiva e local, conceitos de trajectória, linha de corrente e linha de rasto.
4. Equações de Bernoulli e energia: energia mecânica, a equação de Bernoulli, aplicações da equação de Bernoulli, análise de energia de escoamentos em regime estacionário, rendimento mecânico. Alguns sistemas de medição de caudal (Venturi e medidor de orifício) e velocidade (tubo de Pitot e sonda de Prandtl)
5. Análise de quantidade de movimento: Lei de Newton e de conservação da quantidade de movimento linear, força resultante sobre um volume de controle, força de reacção hidrodinâmica. Idem para a quantidade de movimento angular.
6. 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.
7. Escoamento viscoso em condutas: escoamentos nos regimes laminar e turbulento, descrição das suas propriedades, decomposição de Reynolds, região de entrada e desenvolvimento do escoamento numa conduta, perfis de velocidade em regime laminar e turbulento, relação entre caudal e diferença de pressão, noção de perda de carga em linha. Coeficiente de fricção. Carta de Moody e equação de Colebrooke-White. Acessórios de condutas e noção de perdas de carga localizadas. Bombas e ventiladores: curvas características e ponto de funcionamento. A cavitação e altura de sucção. Associação de bombas e ventiladores em série e paralelo.
8. Escoamento em torno de corpos submersos e a sedimentação: escoamento em torno de objectos submersos. Conceitos de força de atrito e de força de arrasto. Escoamento sobre uma placa plana (camada limite). Forças de arrasto e sustentação. Coeficientes de arrasto e sustentação. O escoamento em torno de uma esfera: velocidade terminal. Partículas não-esféricas e efeito do confinamento.

Bibliografia Obrigatória

Munson, Bruce R.; Fundamentals of fluid mechanics. ISBN: 0-471-17024-0

Bibliografia Complementar

Çengel, Yunus A.; Mecânica dos fluidos. ISBN: 978-85-86804-58-8
White, Frank M.; Fluid mechanics. ISBN: 0-07-116848-6
Oliveira, Luis Adriano; Mecânica dos fluidos. ISBN: 972-8480-13-X
Potter, Merle C.; Mechanics of fluids. ISBN: 0-13-571142-8
Yunus A. Çengel, John M. Cimbala ; trad. Katia Aparecida Roque, Mario Moro Fecchio; Mecânica dos fluidos. ISBN: 978-85-86804-58-8
Yunus A. Çengel, John M. Cimbala; Fluid mechanics. ISBN: 0-07-111566-8
Marcel Escudier; The essence of engineering fluid mechanics. ISBN: 0-13-728296-6

Observações Bibliográficas

Quando necessário, outro material de estudo será disponibilizado na página da disciplina, no SiFEUP, sob a forma de ficheiros PDF

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teórico-práticas: exposição dos conceitos teóricos e resolução de problemas tipo.
Aulas práticas: resolução esporádica de problemas tipo. Esclarecimento das dúvidas dos alunos em relação aos conceitos teóricos e aos problemas resolvidos no âmbito do seu estudo pessoal. Estes problemas são os que se encontram no final de cada capítulo da bibliografia principal.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	52,00
	Total:	-	0,00

Obtenção de frequência

Terão frequência os alunos regularmente inscritos que não excedam o número de faltas conforme as normas de avaliação em vigor.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação desta Unidade Curricular é realizada por dois testes, sem consulta, a realizar durante o semestre, sendo que cada teste tem um peso de 50% para a nota final.

A prova de recurso é única e cobre toda a matéria, i.e., tem um peso de 100%.

Naquilo em que este regulamento é omisso aplica-se o regulamento geral da FEUP.

Provas e trabalhos especiais

Não estão previstas.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Segundo as normas vigentes na FEUP

Melhoria de classificação

Exame de recurso com peso de 100%.

O exame é sem consulta e os alunos só poderão trazer caneta e calculadora, não sendo permitidas na sala de exame quaisquer máquinas com acesso ao exterior (computadores, tablets, telemóveis).

Observações

Necessidade de data show em todas as aulas teórico-práticas para projecção de slides.