Publicação em Diário da República: Despacho nº 14433/2024 - 05/12/2024
5 ECTS; 2º Ano, 2º Semestre, 15,0 T + 15,0 PL + 30,0 TP + 3,50 OT , Cód. 912321.
Docente(s)
- Flávio Rodrigues Fernandes Chaves (1)(2)
(1) Docente Responsável
(2) Docente que lecciona
Pré-requisitos
Não aplicável.
Objetivos
Esta unidade curricular tem como objetivo estabelecer uma base de conhecimento de Mecânica dos Fluidos que permita o desenvolvimento de diversas atividades no âmbito da Engenharia Mecânica, assim como o estudo deste tema em outras unidades curriculares da mesma área científica.
Os conteúdos programáticos desta unidade curricular não requerem conhecimentos previamente adquiridos pelos alunos, sendo apresentados inicialmente conceitos básicos como dimensões, unidades, pressão num fluido, etc.
São introduzidos conceitos básicos de hidrostática como a variação de pressão num fluido em repouso, impulsão e forças em superfícies submersas.
É introduzida a ideia de semelhança entre escoamentos e são apresentados exemplos de aplicabilidade da análise dimensional.
Numa primeira abordagem à dinâmica de fluidos em uma dimensão é apresentada a equação de Bernoulli assim com as suas vantagens e limitações, sendo também abordadas ferramentas de análise numérica de escoamentos em tubagens para o cálculo das perdas de carga associadas.
São introduzidos conceitos gerais de cinemática associados a escoamentos em três dimensões espaciais, permanentes e não-permanentes, e são apresentados alguns exemplos de aplicação do teorema de transporte de Reynolds.
Programa
1. Propriedades físicas dos fluidos
1.1 Noção de fluido
1.2 Sistemas de unidades
1.3 Massa volúmica, peso volúmico e densidade
1.4 Forças exteriores. Isotropia
1.5 Compressibilidade
1.6 Viscosidade
1.7 Tensão superficial e capilaridade
1.8 Tensão de saturação do vapor de um líquido
1.9 Solubilidade dos gases nos líquidos
1.10 Pressão. Pressões absolutas e relativas
2. Análise dimensional
2.1 Dimensões
2.2 Homogeneidade dimensional
3. Hidrostática
3.1 Lei hidrostática de pressões
3.2 Equilíbrio de uma massa líquida constituída por líquidos de densidades diferentes
3.3 Manómetros
3.4 Impulsão hidrostática
3.5 Impulsão hidrostática sobre superfícies planas
3.6 Impulsões sobre superfícies curvas
3.7 Impulsões sobre a base e a totalidade de recipientes
3.8 Impulsão hidrostática sobre corpos imersos e flutuantes.
3.9 Princípio de Pascal
4. Hidrocinemática
4.1 Trajectórias e linhas de corrente
4.2 Escoamento permanente e escoamento variável
4.3 Tubo de fluxo
4.4 Caudal e velocidade média
4.5 Equação da continuidade
4.6 Escoamentos laminares e turbulentos
5. Hidrodinâmica
5.1 Teorema de Bernoulli. Líquidos perfeitos
5.2 Linha piezométrica e linha de energia
5.3 Piezómetro e tubo de Pitot
5.4 Fórmula de Torricelli
5.5 Teorema de Bernoulli. Líquidos reais
5.6 Perdas de carga em regime uniforme
5.7 Vórtices
5.8 Escoamentos planos
5.9 Movimentos irrotacionais planos
5.10 Camada limite. Separação
6. Estudo global dos escoamentos líquidos
6.1 Teorema de Bernoulli generalizado para tubos de fluxo
6.2 Bombas e turbinas. Potência hidráulica
6.3 Traçado da linha de energia e da linha piezométrica
6.4 Teorema de Euler
7. Leis de resistência dos escoamentos uniformes
7.1 Linha de energia e linha piezométrica em regime uniforme
7.2 Tensão tangencial na fronteira sólida
7.3 Escoamentos laminares uniformes. Fórmula de Hagen Poiseuille.
7.4 Rugosidade das paredes dos tubos
7.5 Experiência de Nikuradse. Fórmulas de Karman Prandtl
7.6 Perdas de carga em tubos comerciais. Rugosidade equivalente
7.7 Fórmula de Colebrook White
7.8 Ábaco de Moody
7.9 Leis empíricas para o regime turbulento
7.10 Validade das leis de resistência
Metodologia de avaliação
Avaliação contínua:
Nota Final = Prova Escrita x 0,5 + Trabalho 1 x 0,1 + Trabalho 2 x 0,1 + Trabalho 3 x 0,1 + Trabalho 4 x 0,1 + Apresentação oral x 0,1
Componente Prática / Laboratorial
Trabalho 1: Experiência de Arquimedes (10%) sem relatório mas com avaliação em aula (nota mínima 5 val.).
Trabalho 2: Centro de Impulsão (10%) com relatório escrito (nota mínima 8 val.).
Trabalho 3: Experiência de Bernoulli (10%) sem relatório mas com avaliação em aula (nota mínima 5 val.).
Trabalho 4: Perdas de Carga (10%) com relatório escrito (nota mínima 8 val.).
Apresentação oral (10%) sem relatório, mas com entrega de apresentação e ferramenta de cálculo (nota mínima 8 val.).
Nota: no caso dos trabalhos 1 e 3, caso o aluno não obtenha classificação mínima de 5 val., terá obrigatoriamente que entregar relatório escrito para as épocas de avaliação seguintes, com nota mínima de 8 val.
Exame, Recurso (Trabalhador estudante e época especial):
Componente escrita - exame final (50% da nota final, com nota mínima 8 val.).
Componente laboratorial 4 experiências laboratoriais e 1 apresentação oral (50% da nota final com nota mínima de 8 val. em cada componente laboratorial).
Caso se justifique, respeitando as regras institucionais sobre a mesma, o docente da UC reserva-se o direito de convocar o aluno para uma prova oral, que determinará a nota final.
Bibliografia
- Oliveira, L. e Lopes, A. (2020). Mecânica dos Fluidos. (Vol. 6). -: Lidel
- Rothmayer, A. e Huebsch, W. e Okiishi, T. e Munson, B. (2013). Fundamentals of Fluid Mechanics. EUA: Wiley
- White, F. (2002). Mecânica dos Fluidos. (Vol. 4). -: McGraw-Hill
Método de Ensino
Apresentações em diapositivos. Serão resolvidos exemplos de exercícios de aplicação e sempre que necessário, realizadas experiências laboratoriais demonstrativas dos conceitos aprendidos.
Software utilizado nas aulas
Não aplicável.
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
