Mecânica de Fluidos I

Código:

EA0022

Sigla:

MF I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências da Engenharia
OFICIAL	Tecnologias Ambientais
OFICIAL	Capacid. e atit. pessoais, interp. e profissionais

Ocorrência: 2008/2009 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Mecânica
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	86	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	2	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

São três os objectivos principais desta disciplina:
- a aquisição de conhecimentos nucleares de Engenharia , indispensáveis à compreensão e análise de escoamentos de fluidos, nomeadamente nesta disciplina e noutras que se lhe vão seguir;
- o estímulo ao pensamento e à resolução adequada de problemas de Engenharia;
- a aplicação destes conhecimentos ao estudo e projecto de equipamentos utilizados na área da Engenharia do Ambiente, nomeadamente: leitos porosos (fixos e fluidizados) e a processos de separação líquido/sólido e gás/líquido.

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.

2. Análise dimensional: 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.

3. Hidrostática: definições, lei de Pascal, manómetros e barómetros, forças hidroestáticas em superfícies planas imersas, força de impulsão.

4. Cinemática de escoamentos: 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.

5. 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)

6. Análise de quantidade de movimento linear: lei de Newton e de conservação da quantidade de movimento linear, força resultante sobre um volume de controle, força de reacção hidrodinâmica.

7. Introdução ao escoamento 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.

8. Escoamento em meios porosos: escoamento em torno de objectos submersos. Conceitos de força de atrito e de força de arrasto. Velocidade terminal de uma esfera, escoamento terminal, partículas não-esféricas e efeito do confinamento. Escoamento através de um leito fixo, velocidades características, tortuosidade. Perda de carga do escoamento através de um leito: equações de Carman- Kozeny, Burke-Plummer e Ergun.

9. Fluidização: velocidade mínima de fluidização. Expansão do leito, velocidade máxima de fluidização, quedas de pressão em leitos fixos e fluidizados. Estados de fluidização para fluidos líquidos e gasosos.

10. Separação sólido- líquido e sólido-gás: Filtração. Elutriação: condições de elutriação, taxa de elutriação, velocidade relativa e exemplos. Ciclones: escoamento de partículas e forças num ciclone. Rendimento de separação. Tamanho crítico de partículas. Scale-up.

Bibliografia Obrigatória

Munson, Bruce R.; Fundamentals of fluid mechanics. ISBN: 0-471-17024-0
Escudier, Marcel; The essence of engineering fluid mechanics. ISBN: 0-13-728296-6
Rhodes, Martin; Introduction to particle technology, Wiley, 2008. ISBN: 978-0-470-01428-8 (Second edition)

Bibliografia Complementar

Oliveira, Luis Adriano; Mecânica dos fluidos. ISBN: 972-8480-13-X
Çengel, Yunus A.; Mecânica dos fluidos. ISBN: 978-85-86804-58-8
Potter, Merle C.; Mechanics of fluids. ISBN: 0-13-571142-8
White, Frank M.; Fluid mechanics. ISBN: 0-07-116848-6

Observações Bibliográficas

O programa desta disciplina está dividido em dois blocos e os alunos não encontram a totalidade da matéria num único livro de texto. Será sempre necessário estudar o programa em pelo menos dois livros.
Para cada matéria, os alunos devem concentrar o seu estudo numa única obra sob pena de uma grande dispersão.
Apresenta-se de seguida a lista de bibliografia principal com comentários para ajudar os alunos a seleccionar a obra pela qual pretendem estudar.
1) Escudier, M. P. 1998. The essence of engineering fluid mechanics, Pearson Education, Prentice Hall.
Cobre a matéria dos capítulos 1 a 6 e tem como principal vantagem a sua concisão. A filosofia de leccionação dos capítulos 1 a 6 segue o estilo desta obra.No entanto, requer o estudo dos capitulo 7 noutras obras.
2) Munson, B. R., Young, D. F. e Okiishi, T. H. 1998. Fundamentals of Fluid Mechanics, John Wiley & Sons.
Recomendado para a matéria do capítulo 7 desta disciplina, o livro cobre também a matéria dos capítulos 1 a 6. É um excelente livro, de maior dimensão que a obra anterior, e aborda os capítulos 5 e 6 numa perspectiva um pouco diferente, mas igualmente válida.
De notar que o preço dos livros 1 e 2 deverá ser parecido, talvez até com vantagem para a obra nº 2.
3) Rhodes, M. 2008. Introduction to particle technology. 2ª edição, Wiley.
Este é o livro recomendado para os capítulos 8 a 10 do programa desta disciplina.
4) Serão ainda disponibilizados na página da disciplina, em formato PDF:
4.1) Conjunto de problemas a realizar nas aulas e para estudo (de notar que qualquer dos livros indicados tem uma extensa lista de problemas resolvidos e por resolver (sobretudo o livro nº 2)
4.3) Será ainda fornecido o formulário de consulta nas provas de avaliação, para que os alunos se familiarizem durante o semestre.

Qualquer uma das obras complementares é de qualidade, mas só cobre a matéria dos capítulos 1 a 7 desta disciplina.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Exposição dos conceitos e resolução de exercícios tipo nas aulas teórico-práticas com todos os alunos. Resolução de exercícios nas aulas práticas por turma, acampanhada da discussão de exercícios sugeridos para trabalho de casa.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	52,00
Teste escrito sumativo nº 1, designado por mini-teste nº 1 (MN1)	Exame	1,00		2009-04-22
Teste escrito sumativo nº 2, designado por mini-teste nº 2 (MN2)	Exame	1,00		2009-06-03
Exame final (EF)	Exame	2,00
	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 constituída pelos seguintes três elementos:
1) Teste escrito sumativo nº 1, designado por mini-teste nº 1 (MN1), sem consulta, a realizar numa das aulas teórias, em data a marcar, a meio do semestre. Este mini-teste incidirá nas matérias dos capítulos 1 a 5 do programa da disciplina, com a duração máxima de 1 hora. Peso de 25% para a nota final.
2) Teste escrito sumativo nº 2, designado por mini-teste nº 2 (MN2), sem consulta, e a realizar numa das aulas teórias, em data a marcar, no final do semestre. Este mini-teste incidirá nas matérias dos capítulos 6 a 10 do programa da disciplina, com a duração máxima de 1 hora. Peso de 25% para a nota final.
3) Exame final (EF) a realizar no período oficial de exames no fim do semestre, com consulta de formulário, incidindo em toda a matéria leccionada, com a duração máxima de 2 horas. Peso de 50% para a nota final.

A assiduidade e a participação dos alunos nas aulas são também elementos de avaliação, que poderão influenciar a classificação final resultante das provas atrás mencionadas em ± 1 valor.

NOTA 1: Os dois mini-testes incidirão fundamentalmente em conceitos teórico/ fundamentais, enquanto que o exame final terá um carácter mais prático, focando-se na resolução de exercícios.
NOTA 2: O formulário do exame final será fornecido pelos docentes e terá de obrigatoriamente ser devolvido no final do exame. Os alunos terão atempadamente conhecimento do formulário para familiarização.

Provas e trabalhos especiais

Não estão previstas.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Segundo as normas vigentes na FEUP

Melhoria de classificação

1) É possível recorrer da avaliação normal da disciplina numa de três formas:
1.1) Os alunos podem recorrer somente aos mini-testes, mas terão de o fazer numa única prova cobrindo a totalidade da matéria leccionada. Neste caso, o peso desta prova para a nota final será de 50%. Isto significa que não é possível recorrer separadamente a cada um dos dois mini-testes. Esta prova terá a duração de 1 hora.
1.2) O aluno pode recorrer somente ao exame final, que terá também um peso de 50% para a nota final. Esta prova terá a duração de 2 horas.
1.3) O aluno pode ainda recorrer à totalidade da avaliação, sendo neste caso obrigado a fazer as duas provas indicadas em 1.1 e 1.2, pelo que o seu exame terá a duração total de 3 horas.

2) As provas indicadas em 1.1 e 1.2 terão lugar no mesmo dia e sala, com a prova 1.2 a iniciar-se uma hora após o início da prova 1.1.

NOTA 3: A prova indicada em 1.1 é sem consulta e a prova indicada em 1.2 é com consulta de formulário a fornecer pelos docentes.

Observações

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