Mecânica de Fluidos

Código:

L.EA016

Sigla:

MF

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Tecnológicas - Engenharia

Ocorrência: 2024/2025 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Fluidos e Energia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura 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
L.EA	49	Plano Oficial	2	-	6	58,5	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. 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.
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, ... [et al.]; Fluid Mechanics. ISBN: 978-1-118-31867-6

Bibliografia Complementar

Merle C. Potter, David C. Wiggert; Mechanics of fluids. ISBN: 0-13-571142-8
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

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas: duas sessões semanais de 1,5h. Exposição dos conceitos teóricos, discussão, apresentação e resolução de exemplos tipo de aplicação. 

Aulas teórico-práticas: uma sessão semanal de 1,5 h. Apresentação, resolução e discussão de exemplos tipo de aplicação. Esclarecimentos das dúvidas dos alunos.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	92,00
Frequência das aulas	70,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Segundo o regulamento da FEUP para as aulas regulares

Fórmula de cálculo da classificação final

Avaliação continua composta por dois exames teórico/práticos presenciais um a meio e outro no final do semestre. Neste caso cada teste terá um peso de 50% para a nota final. As provas terão sempre a duração de 90 minutos. A nota minima de aprovação será 9,5/20, considerando a média ponderada dos dois testes.

A avaliação na época de recurso/melhoria de nota incide, como um todo, sobre as duas provas. Haverá uma única prova teórica/prática, englobando todo o programa. Terá um peso de 100% para a nota final. A nota minima de aprovação será 9,5/20.

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 o mesmo formato e regras da prova de recurso.

Observações

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