Mecânica dos Fluidos I

Código:

EM0029

Sigla:

MF I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2012/2013 - 1S

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	242	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	3	-	6	56	160

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Conhecer os fundamentos da Mecânica dos Fluidos, designadamente a caracterização dos fluidos e das suas propriedades.

Conhecer as leis fundamentais que regulam o comportamento dos fluidos em repouso e a sua acção sobre as superfícies confinantes.

Aprender e saber aplicar os princípios de conservação de massa, quantidade de movimento e energia na Mecânica dos Fluidos. Conhecer as formas diversas em que estes princípios são formulados, tanto na formulação integral como na diferencial.

Conhecimento e aplicação dos princípios da análise dimensional e da semelhança.

Como objectivo final (e em conjunto com a Mecânica dos Fluidos II) pretende-se que o aluno adquira a capacidade para resolver problemas concretos de Mecânica dos Fluidos em qualquer área de engenharia, em particular na Engenharia Mecânica.

Programa

INTRODUÇÃO
Âmbito e relevância da Mecânica dos Fluidos.
Conceito de fluido. Fluidos newtonianos e não-newtonianos. Lei de Newton da viscosidade.
Grandezas e variáveis fundamentais em Mecânica dos Fluidos. Homogeneidade dimensional.

ESTÁTICA DOS FLUIDOS
Balanço de forças num elemento de fluido em repouso. Equação fundamental da Hidrostática. Manometria. Pressão absoluta e pressão relativa. Pressão atmosférica. Medição da pressão. Forças sobre superfícies imersas. Determinação do centro de pressões. Impulsão.

CINEMÁTICA DOS FLUIDOS
Noção de escoamento. Propriedades do campo de velocidades. Linhas de corrente e trajectórias. Visualização e técnicas de visualização de escoamentos. Descrições Lagrangeana e Euleriana. Noções de caudal e de velocidade média.

DINÂMICA DOS FLUIDOS (fluidos invíscidos)
2ª Lei de Newton aplicada a uma partícula fluida. Integração ao longo de uma linha de corrente. Equações de Euler e de Bernoulli . Condições de aplicação da equação de Bernoulli. Pressões dinâmica e total. Ponto de estagnação. Linha de energia e cota piezométrica. Tubos de Pitot e de Prandtl e medição de velocidade. Perfis de velocidade e velocidade média.
Integração da 2ª lei de Newton na direcção normal às linhas de corrente. Pressão em jactos livres.


DINÂMICA DOS FLUIDOS (formulação integral)
Teorema de transporte de Reynolds. Equações da conservação da massa, da quantidade de movimento linear (linear e angular) e da energia. Exemplos de aplicação.

DINÂMICA DOS FLUIDOS (formulação diferencial)
Conservação da massa e da quantidade de movimento (equações de Navier-Stokes). Condições fronteira. Exemplos de aplicação - escoamentos de Couete e de Hagen-Poiseuille.

ANÁLISE DIMENSIONAL E SEMELHANÇA. Adimensionalização de uma dependência funcional. Teorema dos “Pi” de Buckingham. Adimensionalização: selecção de variáveis e dimensões de referência. Carácter “único” dos Pi. Interpretação física dos grupos adimensionais mais comuns em Mecânica dos Fluidos.
Semelhança e modelação. Condições de semelhança.
Adimensionalização das equações fundamentais da Mecânica dos Fluidos.

Bibliografia Obrigatória

Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi and Wade W. Huebsch; Fundamentals of Fluid Mechanics, Wiley, 2009. ISBN: ISBN 978-0-470-26284-9
Munson, Bruce R.; Fundamentals of fluid mechanics. ISBN: 0-471-17024-0
White, Frank M.; Fluid Mechanics. ISBN: 0-07-119911-X

Bibliografia Complementar

Ludwig Prandtl, O.G. Tietjens, L. Rosenhead (Translator) ; Fundamentals of Hydro- and Aeromechanics , Dover Publications , 1957. ISBN: ISBN: 0-486-60374-1
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
Bird, R. Byron; Transport Phenomena. ISBN: 0-471-07395-4
G.A. Tokaty; A History of the Philosophy of Fluid Mechanics , Dover Publications, 1994. ISBN: 0-486-68103-3

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A disciplina está organizada em 2 aulas teóricas por semana (1 hora de duração cada) e 1 aula prática de 2 horas.

A matéria é exposta nas aulas teóricas.

Na aula prática são resolvidos problemas ilustrativos e discutidos aspectos de consolidação dos conhecimentos transmitidos.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	56,00
Exame	Exame	5,00		2013-02-07
Participação em aulas de laboratório	Trabalho laboratorial	2,00		2012-12-14
	Total:	-	0,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Estudo teórico e realização de exercícios	Estudo autónomo	99	2013-02-08
	Total:	99,00

Obtenção de frequência

Não exceder o número máximo de faltas às aulas práticas (25%), de acordo com as regras em vigor.

Participar na aula de laboratório.

Fórmula de cálculo da classificação final

Serão realizadas três provas da disciplina: uma a meio do semestre, uma na época de exames e outra na época de recurso.

Todas as provas (sem consulta) serão constituídas por duas partes: uma a realizar em plataforma “Moodle” e a outra escrita.

A prova a realizar a meio do semestre (A) terá a duração de 1 hora.

No exame (B) os alunos poderão optar por responder à totalidade da matéria (B1), caso em que a classificação de A deixa de contar, ou apenas às perguntas sobre a matéria que não tiver sido objeto de avaliação na prova A (B2).

Classificação Provisória = 40% A + 60% B2 ou 100% B1, conforme o caso.

A prova de recurso incidirá sobre a totalidade da matéria.

A Classificação Final, será a melhor de entre a Classificação Provisória e a Classificação do Recurso.

A informação das aulas (assiduidade, participação, atitude nas aulas de laboratório, etc.) poderá ser utilizada em eventuais ajustamentos, até ao limite de 1/20.

Alunos com classificação final superior a 16 (dezasseis) valores poderão ser submetidos a prova oral.

Provas e trabalhos especiais

Todas as provas de avaliação serão constituídas por duas partes:
(1) formato "clássico", resolução escrita de problemas
(2) realizada em plataforma informática, em sala apropriada para o efeito, e obedecendo ao formato designado por “teste americano”.

SOBRE A AULA EM LABORATÓRIO
A aula decorrerá no laboratório (M102), em datas a anunciar. Os trabalhos de laboratório não dão lugar à elaboração de qualquer relatório, mas poderão ser objeto de perguntas específicas em qualquer das provas de avaliação da disciplina.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

As provas de avaliação especial, trabalhadores estudantes, dirigentes associativos e outros, decorrerão no mesmo modelo da prova de recurso, em que uma das partes se realiza em plataforma informática (Moodle).

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação será realizada simultaneamente e nos mesmos termos que a prova de recurso.