Mecânica dos Fluidos

Código:

L.EGI018

Sigla:

MF

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Energia

Ocorrência: 2024/2025 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Fluidos e Energia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia e Gestão Industrial

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L.EGI	144	Plano Oficial do ano letivo	2	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

 

Analisar, compreender e caraterizar, com base nas leis fundamentais da mecânica e metodologias específicas, o comportamento dos fluidos, em repouso e em movimento, com vista à resolução de problemas de mecânica de fluidos em engenharia.

Criar as bases para a resolução de problemas em domínios mais específicos.

Resultados de aprendizagem e competências

 

Espera-se que no final do semestre os alunos:

1. Consigam caraterizar os fluidos pelas suas propriedades e resolver problemas simples com a lei de Newton da viscosidade;
2. Sejam capazes de aplicar os princípios da estática dos fluidos à manometria e à caraterização das forças de pressão sobre superfícies planas imersas;
3. Dominem os aspetos fundamentais da cinemática e da dinâmica no contexto da mecânica dos fluidos;
4. Entendam as vantagens de utilizar a análise dimensional e os princípios da semelhança na solução de problemas de mecânica dos fluidos;
5. Saibam aplicar as equações de conservação da massa e da energia a escoamentos viscosos em condutas, calcular perdas de carga, necessidades de energia, estimar o caudal disponível e dimensionar condutas simples;
6. Entendam e saibam utilizar as curvas caraterísticas das bombas e ventiladores, visando a seleção e a análise do funcionamento desses equipamentos;
7. Saibam caraterizar as forças resultantes da ação de escoamentos sobre corpos neles imersos.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Análise Matemática; Álgebra; Estática, Cinemática e Dinâmica; Termodinâmica

Programa

Introdução. Âmbito da Mecânica dos Fluidos. Conceito de fluido e propriedades termodinâmicas mais relevantes. Hipótese de meio contínuo. Viscosidade e Lei de Newton da viscosidade. Fluidos newtonianos e não-newtonianos. Pressão de vapor e cavitação. Tensão superficial.

Estática dos fluidos. Pressão no seio de um fluido em repouso. Invariabilidade da pressão com a direção. Princípio de Pascal. Equação fundamental da hidrostática. Manometria. Forças em superfícies planas imersas. Impulsão.

Noções de cinemática. Propriedades do campo de velocidades. Aceleração local e convectiva. Perspetivas Lagrangeana e Euleriana. Sistemas e volumes de controlo. Caudal e velocidade média, lei da conservação da massa (continuidade).

Introdução à dinâmica dos fluidos, equações de Bernoulli e energia: 2ª lei de Newton ao longo de uma linha de corrente. Equação de Euler. Equação de Bernoulli. Conceito de fluido ideal. Interpretações da equação de Bernoulli. Pressão dinâmica e pressão de estagnação. Medições de velocidade e de caudal e respetivos sistemas (sondas de Pitot e de Prandtl, placa orifício). 2ª lei de Newton na direção normal a uma linha de corrente. 

Formulação integral. Teorema do transporte de Reynolds. Conservação da massa. Lei de Newton e equação da quantidade de movimento linear. Força resultante sobre um volume de controlo, força de reação hidrodinâmica. Conservação da energia (1ª lei da Termodinâmica). 

Análise dimensional e semelhança. Variáveis e dimensões de referência de um problema. Grupos adimensionais mais comuns em mecânica de fluidos e seu significado. Regras de semelhança e modelação de escoamentos.

Escoamento viscoso em condutas. Regimes laminar e turbulento. Zona de desenvolvimento. Perda de carga em linha. Coeficiente de Darcy e equação de Darcy-Weisback. Perfil parabólico e solução para o caso laminar. Perfil logarítmico, equação de Colebrooke e diagrama de Moody. Perdas localizadas. Problemas inversos: determinação do caudal e dimensionamento de condutas. Associação de condutas. Bombas e ventiladores. Curvas caraterísticas e ponto de funcionamento. Cavitação e capacidade de aspiração de bombas. Associação de bombas em série e em paralelo.

Escoamentos exteriores. Noções elementares de camada limite. Ação de escoamentos sobre corpos não fuselados. Forças e coeficientes de arrasto e de sustentação.

Bibliografia Obrigatória

Frank M. White; Fluid mechanics. ISBN: 0-07-116848-6
Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi; Fundamentals of fluid mechanics. ISBN: 0-471-17024-0

Bibliografia Complementar

Yunus A. Çengel, John M. Cimbala ; trad. Katia Aparecida Roque, Mario Moro Fecchio; Mecânica dos fluidos. ISBN: 978-85-86804-58-8
Luis Adriano Oliveira, António Gameiro Lopes; Mecânica dos fluidos. ISBN: 972-8480-13-X
Merle C. Potter, David C. Wiggert; Mechanics of fluids. ISBN: 0-13-571142-8

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas: Exposição dos conceitos teóricos, apresentação de exemplos e discussão. 
Aulas teórico-práticas: Tópicos complementares, resolução de exercícios e esclarecimento de dúvidas.

 

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	75,00
Teste	25,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	110,00
Frequência das aulas	52,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Presença em, pelo menos, 75% das sessões teórico-práticas.

Fórmula de cálculo da classificação final

 

Duas provas de tipo teórico, em plataforma Moodle, uma a realizar a meio do semestre e a outra no final. Provas sem consulta, duração de 20-40 minutos.

Exame escrito, na época de exames, de caráter prático. Consulta limitada (formulário), duração de 120 minutos. O acesso a este exame exige um mínimo de 7/20 valores de média nas provas teóricas. A aprovação em época de exame exige também uma classificação mínima de 7/20 na prova prática.

A nota será formada com pesos de 25% para a média do conjunto das provas teóricas e 75% para a prática.

A avaliação na época de recurso/melhoria de nota incide, como um todo, sobre as duas componentes, teórica e prática. Haverá uma única prova teórica, incidindo sobre todo o programa, e outra prática, semelhantes às realizadas na época normal. Os pesos das componentes teórica e prática na classificação final serão também os mesmos da época normal.

Durante o semestre, e nas aulas T, poderá haver breves questionários de carácter voluntário, que poderão contribuir a uma melhoria na nota final de no máximo 1/20 valores.


Durante qualquer prova de avaliação não é permitida a posse pelos alunos de qualquer tipo de dispositivo de comunicação, como por exemplo telemóvel, "smartphone", relógio digital, tablete ou computador. A posse de qualquer um destes dispositivos, durante a realização das provas de avaliação, mesmo que se encontre desligado, é causa suficiente para a anulação da prova. Antes da prova se iniciar e se assim o entender, o aluno poderá depositar o seu dispositivo numa mesa designada pelo vigilante para o efeito, mas à equipa de vigilantes não pode ser atribuída qualquer responsabilidade em caso de desaparecimento do equipamento.

Provas e trabalhos especiais

Não estão previstos.

Trabalho de estágio/projeto

Não aplicável.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as normas da FEUP e com as mesmas regras da prova de recurso.

Melhoria de classificação

De acordo com as normas da FEUP, em simultâneo e com as mesmas regras da prova de recurso.

Observações

As aulas e todos os elementos de avaliação serão exclusivamente em português.

Para frequentar com sucesso esta disciplina, o aluno deve ter conhecimentos sólidos de análise matemática, álgebra, estática, cinemática, dinâmica e termodinâmica.

Em caso de dúvida na interpretação do conteúdo desta ficha, prevalece sempre a versão em português.