Mecânica dos Fluidos

 

Engenharia Mecânica, Publicação em Diário da República - Despacho nº 14312/2015 - 02/12/2015

5 ECTS; 2º Ano, 2º Semestre, 15,0 T + 15,0 PL + 30,0 TP + 3,50 OT

Docente(s)
- Flávio Rodrigues Fernandes Chaves

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
A avaliação de conhecimentos é constituída por uma componente de avaliação escrita e outra laboratorial.
Componente escrita - exame final (60% da nota final).
Componente laboratorial – 4 experiências laboratoriais (40% da nota final).
Ambas as partes são obrigatórias. Nota mínima de 9,5 valores (numa escala de 0 a 20 valores). Igual critério se aplicará para a época de recurso, trabalhador estudante e época especial.
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
- Munson, B. e Okiishi, T. e Huebsch, W. e Rothmayer, A. (2013). Fundamentals of Fluid Mechanics. EUA: Wiley
- Lopes, A. e Oliveira, L. (2020). Mecânica dos Fluidos. (Vol. 6). -: Lidel
- White, F. (2002). Mecânica dos Fluidos. (Vol. 4). -: McGraw-Hill

Método de interação
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