Mecânica dos Fluidos

Código:

EBE0011

Sigla:

MFLU

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências de Engenharia

Ocorrência: 2014/2015 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Química
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	71	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

Presencial

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 cntrolo 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

- Escoamento laminar ao longo de um tubo

- Curvas características de uma bomba

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	75,00
Participação presencial	0,00
Trabalho laboratorial	25,00
Total:	100,00

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 no final de outubro/início de 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)

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, cobrindo toda a matéria lecionada 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 que tenham obtido aprovação em anos letivos anteriores à unidade curricular “Laboratórios Integrados I” (LI I) estão dispensados da frequência da componente laboratorial (mas podem optar por ser avaliados nessa componente caso a frequentem). Em substituição, os estudantes podem optar pela realização de uma monografia (MON) sobre um tema proposto pelo docente que terá uma valorização idêntica à componente laboratorial: CF = 0,25 x MON + 0,75 x (NT1 + NT2)/2 ou CF = 0,25 x MON + 0,75 x EX. Em alternativa, os estudantes que tenham obtido aprovação em anos anteriores à unidade curricular LI I podem optar por ser avaliados exclusivamente pelos testes/exame final: CF = (NT1 + NT2)/2 ou CF = EX.

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.