Laboratórios de Fluídos e Calor

Código:

EM0119

Sigla:

LFC

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2015/2016 - 2S

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	15	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	4	-	6	45,5	162

Língua de trabalho

Português

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: Esta unidade curricular tem por finalidade habilitar os estudantes a realizar de estudos experimentais no âmbito da Engenharia Térmica. Pretende-se que conheçam instrumentos de medição e metodologias experimentais típicas daquele domínio e compreendam os princípios físicos que lhes estão subjacentes, tendo em vista a sua correta seleção e utilização. Procura-se também sensibilizar os alunos para a incerteza das medições e suas implicações ao nível da planificação das experiências e da análise e representação de resultados experimentais. Com a realização de trabalhos laboratoriais, pretende-se proporcionar o exercício do estudo experimental e a consolidação de conhecimentos teóricos adquiridos ao longo da sua formação. O trabalho em equipe e a realização de relatórios são igualmente aptidões que se pretendem que os alunos desenvolvam. 

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

Experimentação e Análise de Incertezas: o que é a experimentação e por que é necessária?; conceitos básicos e definições; considerações estatísticas na incerteza de medições; incerteza de uma variável medida; análise geral de incertezas, planeamento de experiências; análise detalhada de incertezas. Medições de Temperatura: Termometria baseada na expansão térmica; detetores de temperatura por resistência (RTD); termistores; termopares; efeitos da transferência de calor e da velocidade do fluido na medição da temperatura. Medições de velocidade: Fumo ou partículas sólidas em suspensão; anemómetros de pás; anemómetria térmica; tubo de Pitot; anemómetro de copos; anemómetro de ultra-sons; anemómetro Laser Doppler; velocimetria por imagem de partículas (PIV). Medições de Caudal por diferenças de pressão: Medição de velocidades em pontos na secção de passagem; Placas orifício; Venturis e tubeiras; Medidor venturi-cone; Caudalímetros de cunha segmentar; Tomadas em cotovelos; Tubos de Pitot de aberturas múltiplas e unidades de média de área; Caudalímetros laminares; Detectores de escoamento por deflexão de jacto; Descarregadores de medida e caleira Parshall ou Venturi. Medições de Caudal: Caudalímetro de alvo; Caudalímetro electromagnético; Caudalímetro de turbina; Caudalímetros de vortices e de fluídica; Caudalímetros de área variável; Caudalímetros de gás de deslocamento positivo; Caudalímetros ultrasónicos; Caudalímetros mássicos, Coriolis; Caudalímetros mássicos, térmicos; Caudalímetros de correlação cruzada; Bombas medidoras; Visores indicadores de escoamento; orientação para seleccionar caudalímetros. Trabalhos experimentais: -Ensaio de reologia a uma solução aquosa de polímero -Estudo do raio crítico de isolamento -Aplicação de conceitos de análise de incerteza -Escoamento de ar através de uma placa orifício -Medição de caudais e de coeficientes de arrasto -Estudo de curvas características de uma bomba centrífuga (bombas em série/paralelo) -Perdas de calor por convecção em corpos 3D -Medições com LDA – Escoamento através de uma expansão súbita (demonstração)

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

A unidade curricular está estruturada em aulas teóricas e práticas. Nas aulas teóricas é exposta matéria relativa a trabalho experimental, discutindo-se os seus aspetos mais relevantes, e esboça-se a resolução de problemas-tipo. As aulas práticas destinam-se essencialmente à realização de trabalhos laboratoriais, onde os alunos são confrontados com a instrumentação e técnicas de medição das principais grandezas físicas da Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor, incluindo a análise e quantificação de alguns fenómenos de transferência típicos daqueles domínios. Alguns exercícios de aplicação são também discutidos nestas aulas.

Software

EES - Engineering Equation Solver

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com 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

A classificação final (CF) resulta da combinação das seguintes componentes: (A) Realização de trabalhos laboratoriais e respectivos relatórios (B) Desempenho nas sessões laboratoriais (inclui mini-testes (B1) e ficha de resultados (B2)) (C) Exame final (mínimo de 8 valores em 20). CF = 0,40 A + 0,15 B1 + 0,1 B2 + 0,35 C O desempenho dos vários elementos de cada grupo, no trabalho em equipe, será no final do semestre avaliado pelos restantes colegas de grupo. Essa avaliação ir-se-á reflectir, a nível individual, na componente A da avaliação. 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

Para efeitos de de melhoria de nota do exame, os estudantes com frequência poderão realizar uma prova escrita incidindo sobre a generalidade da matéria, com um peso para a nota final de 35%.

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.