Mecânica dos Fluidos I

Código:

L.EM018

Sigla:

MF I

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 Mecânica

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L.EM	404	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português
Obs.: Exclusivamente português nas aulas e avaliações

Objetivos

Analisar, compreender e caraterizar o comportamento dos fluidos em repouso e em movimento com base nas suas propriedades e nas leis fundamentais da mecânica. Recorrendo a metodologias específicas e, nalguns casos, introduzindo simplificações relevantes, resolver problemas de mecânica dos fluidos em engenharia e criar a base para a resolução de outros mais abrangentes, com os conhecimentos complementares a transmitir no âmbito da Mecânica dos Fluidos II e do Mestrado em Engenharia Mecânica.

Resultados de aprendizagem e competências

Modo de trabalho

Presencial

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

Análise Matemática

Álgebra

Estática, Cinemática e Dinâmica

Termodinâmica

Programa

1. Introdução à mecânica dos fluidos: Âmbito e relevância da mecânica dos fluidos no contexto da engenharia mecânica, definições básicas, conceito de fluido, noção de meio contínuo, massa volúmica, escoamento de Couette, condição de não-deslizamento, lei de Newton da viscosidade, fluidos newtonianos e não-newtonianos, conceito de pressão, pressão de vapor e cavitação. Módulo de elasticidade. Velocidade do som. Tensão superficial e o efeito de Marangoni.


2. Estática dos fluidos: Pressão no seio de um fluido em repouso, lei de Pascal, princípio fundamental da hidrostática. Pressão absoluta e relativa, manómetros e barómetros. Força de impulsão. Força hidrostática em superfícies planas imersas e respetivo centro de pressões. Força hidrostática em superfícies curvas. Estabilidade. Variação de pressão num fluido com movimento de corpo rígido.


3. Cinemática de escoamentos: propriedades do campo de velocidades, perspetivas lagrangeana e euleriana da mecânica dos fluidos, aceleração convectiva e local. Sistemas e volumes de controlo. Definição de caudal e de velocidade média, lei da conservação da massa (continuidade). Conceitos de trajetória, linha de corrente e linha de rasto.


4. 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. Pressão em jatos livres


5. Equações fundamentais na formulação integral: Teorema de transporte de Reynolds. Lei da conservação da massa. Lei de Newton e equação da quantidade de movimento linear. Força resultante sobre um volume de controlo, força de reação hidrodinâmica. Equação da quantidade de movimento angular. Princípio da conservação da energia mecânica. Aplicações.


6. Equações fundamentais na formulação diferencial: movimentos e deformações de elementos de fluidos. Tensores velocidade de deformação e rotacional. Vetor vorticidade. Função de corrente. Volume de controlo diferencial. Sistemas de coordenadas cartesianas e polares. Função de corrente. Equação de conservação da massa. Análise da 2ª lei de Newton para qualquer tipo de fluido; forças de superfície e de volume. Tensor das tensões. Escoamentos de fluidos ideais/perfeitos. Escoamentos de fluidos viscosos. Relação entre os tensores da tensão e da velocidade de deformação para fluidos viscosos lineares. As equações de Navier-Stokes. Aplicações das equações de Navier-Stokes.


7. 7. Análise dimensional, semelhança e modelação: relevância da análise dimensional, princípio da consistência dimensional, representação dimensional versus representação adimensional, teorema dos "Pi" de Buckingham, adimensionalização; seleção de variáveis e dimensões de referência, grupos adimensionais especiais. Introdução à teoria da semelhança; modelos, semelhança geométrica, cinemática e dinâmica. Adimensionalização das equações fundamentais da mecânica dos fluidos.

Bibliografia Obrigatória

Bruce R. Munson, ... [et al.]; Fluid Mechanics. ISBN: 978-1-118-31867-6
Frank M. White; Fluid mechanics. ISBN: 978-0-07-128645-9

Bibliografia Complementar

Çengel Yunus A.; Mecânica dos fluidos. ISBN: 978-85-86804-58-8
Oliveira Luis Adriano, Lopes Antonio Gameiro; Mecânica de Fluidos 6ª edição, Lidel , 2020. ISBN: 978-989-752-492-9
M. P. Escudier; Introduction to Engineering Fluid Mechanics, Oxford University Press, 2017. ISBN: 978-0-19-871988-5
Bird, R. Byron; Transport Phenomena. ISBN: 0-471-07395-4
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
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 unidade curricular irá funcionar com duas sessões semanais presenciais (uma aula teórica e uma aula teórico-prática) de duas horas. As aulas são lecionadas exclusivamente em língua portuguesa.

Cada aluno participará ainda, ao longo do semestre, em três aulas práticas de duas horas, em contexto laboratorial. Estas sessões são lecionadas por monitores, apoiados nos docentes, e cuja calendarização é realizada através do secretariado da L.EM.

Se por qualquer motivo o aluno falta, ou não poderá vir à sua sessão laboratorial, previamente agendada, deve contactar os monitores para reagendamento.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	60,00
Teste	30,00
Trabalho laboratorial	10,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	93,00
Frequência das aulas	63,00
Trabalho laboratorial	6,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Presença nas três sessões de laboratório e no mínimo de 75% das aulas.

A participação nas 3 sessões laboratoriais (cada uma delas com a duração de 2 horas) é obrigatória para os alunos em primeira inscrição.

Os alunos que tenham realizado as sessões de laboratório no ano letivo 2023-2024 poderão optar por não as realizar e manter a classificaçao já obtida.

Fórmula de cálculo da classificação final

TIPO DE AVALIAÇÃO

A avaliação desta Unidade Curricular é constituída por dois mini-testes de caracter teórico, de 30 a 60 minutos de duração e a realizar durante o semestre, três questionários de laboratório, a realizar durante o semestre, e um exame final de caracter prático. Todas as componentes de avaliação são sem consulta, ou com consulta de um formulário restrito fornecido com o enunciado da prova.

Cada mini-teste teórico é classificado de 0 a 20 valores e tem um peso de 15% na classificação final. O primeiro mini-teste ocorrerá sensivelmente a meio do semestre e o segundo terá lugar no final do semestre.

Questionários laboratoriais: durante o semestre terão lugar três sessões de laboratório, com uma duração de 2 horas cada, para realização de trabalho experimental. Em todas as sessões é respondido e avaliado um questionário que no seu conjunto constituirá a classificação da componente laboratorial, com um peso de 10% na nota final (cada questionário, classificado de 0 a 20 valores, tem um peso de 1/3 de 10% na classificação final).
Se por qualquer motivo o aluno falta, ou não poderá vir à sua sessão laboratorial previamente agendada, deve contactar os monitores para reagendamento.

Exame escrito de caracter prático: tem um peso de 60% na classificação final e a ele só têm acesso os alunos que simultaneamente tenham obtido uma média de 7,0/20 valores no conjunto dos dois mini-testes teóricos e uma média de 7,0/20 valores no conjunto dos três questionários laboratoriais.

Aprovação à disciplina: terá aprovação à disciplina o aluno cuja média ponderada dos elementos de avaliação seja igual ou superior a 9,5 valores, sendo necessário ter nota mínima de 7,0 valores em cada um dos 3 elementos de avaliação (média dos dois mini-testes teóricos, média dos três questionários de laboratório e exame prático final)

Os alunos repetentes que tenham obtido nota mínima na vertente laboratorial no ano letivo imediatamente anterior, poderão, se o desejarem, manter essa nota e não realizar os trabalhos no ano letivo corrente. Contudo, como essa decisão é pessoal, terão de a formalizar por escrito junto do secretariado do curso, até ao termo das inscrições nos grupos laboratoriais, caso contrário terão obrigatoriamente de realizar os trabalhos no corrente ano letivo.

Todos os elementos de avaliação são exclusivamente em língua portuguesa.

Resumo (época normal)

Classificação final= 0,6 x Exame prático escrito normal + 0,3 x Média dos dois mini-testes teóricos  + 0,1 x Média dos três Questionários laboratoriais.

Época de recurso

A nota da avaliação na época de recurso é também constituída por 3 elementos de avaliação, a saber:

• o valor médio dos três questionários realizados durante o semestre, que tem um peso de 10% na classificação final;
• a componente teórica da prova de avaliação de recurso, também designada por mini-teste teórico de recurso, que se realizará antes do exame prático escrito, e que tem um peso de 30% na classificação final;
• a componente prática da prova de avaliação de recurso, também designada por exame prático escrito de recurso, que tem um peso de 60% e ao qual só têm acesso os alunos que tenham obtido uma média de 7,0/20 valores no mini-teste de recurso e uma média de 7,0/20 valores no conjunto dos três questionários laboratoriais realizados durante o semestre.

 

Aprovação à disciplina na época de recurso: terá aprovação à disciplina o aluno cuja média ponderada dos três elementos de avaliação seja igual ou superior a 9,5 valores, sendo necessário ter nota mínima de 7,0 valores em cada um dos três elementos de avaliação.

Resumo (época de recurso)

Classificação final= 0,6 x (Exame prático escrito de Recurso) + 0,3 x Mini-teste teórico de Recurso  + 0,1 x Média dos três Questionários laboratoriais (realizados durante o semestre).

 

Nos mini-testes será permitido o uso de calculadora do moodle ou do sistema operativo. Nos exames escritos só é permitido o uso de calculadora gráfica, se esta estiver em modo exame.

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 estão previstos

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as normas da FEUP e em prova idêntica à da época de recurso. A nota final da avaliação especial é constituída pelos seguintes três elementos de avaliação:
(1) os três questionários laboratoriais realizados durante o semestre com uma nota média mínima de 7,0/20 valores e peso de 10%;
(2) a componente teórica do teste de avaliação especial, também designado por mini-teste teórico de avaliação especial, com nota mínima de 7,0/20 valores e peso de 30%;
(3) a componente prática do teste de avaliação especial, também designado de teste escrito de avaliação especial, com nota mínima de 7,0/20 valores e peso de 60%.

 

Melhoria de classificação

De acordo com as normas da FEUP e em prova idêntica à da época de recurso. A nota final da melhoria de classificação é constituída pelos seguintes três elementos de avaliação:
(1) os três questionários laboratoriais realizados durante o semestre com uma nota média mínima de 7,0/20 valores e peso de 10%;
(2) a componente teórica do teste de melhoria de classificação, também designado por mini-teste teórico de melhoria de classificação, com nota mínima de 7,0/20 valores e peso de 30%;
(3) a componente prática do teste de melhoria de classificação, também designado de teste escrito de melhoria de classificação, com nota mínima de 7,0/20 valores e peso de 60%.

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.