Mecânica dos Fluidos

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

Docente(s)
- Diogo Gomes Almeida Chambel Lopes

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.
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.
É introduzida a ideia de semelhança entre escoamentos e são apresentados exemplos de aplicabilidade da análise dimensional.
É também feita uma introdução à análise diferencial de escoamentos e às equações de Navier-Stokes.

Programa
1. Introdução.
1.1 Dimensões e unidades.
1.2 Densidade, volume específico.
1.3 Viscosidade.
1.4 Compressibilidade.
1.5 Pressão de vapor.
1.6 Tensão superficial e capilaridade.

2. Hidrostática.
2.1 Pressões absolutas e relativas.
2.2 Pressão hidrostática.
2.3 Medição de pressão.
2.5 Forças hidrostáticas sobre superfícies planas.
2.6 Forças hidrostáticas sobre superfícies curvas.
2.7 Impulsão hidrostática.

3. Dinâmica de fluidos e a equação de Bernoulli.
3.1 Equação de Bernoulli.
3.2 Pressão estática, dinâmica e total.
3.3 Linha piezométrica e linha de energia.
3.4 Exemplos de aplicação.
3.5 Limitações da equação de Bernoulli.

4. Cinemática de fluidos e o teorema de transporte de Reynolds.
4.1 Campo de velocidades.
4.2 Linhas de trajetória, de emissão e de corrente.
4.3 Campo de acelerações.
4.4 Sistemas e volumes de controlo.
4.5 Teorema de transporte de Reynolds.
4.6 Equação da continuidade.
4.7 Equação de transporte de momento linear.

5 Análise dimensional e Semelhança.
5.1 Análise dimensional.
5.2 Teorema de Buckingham Pi.
5.3 Calculo dos grupos Pi.

6 Escoamentos em tubagens.
6.1 Características gerais.
6.2 Regimes laminar e turbulento.
6.3 Análise dimensional de escoamentos em tubagens.
6.4 Exemplos de aplicação.
6.5 Medição de caudal.

7. Análise diferencial de escoamentos.
7.1 Conservação de massa.
7.2 Conservação de momento linear.
7.3 Escoamentos não viscosos.
7.4 Escoamentos viscosos e as equações de Navier-Stokes.

Metodologia de avaliação
Avaliação por frequência: duas provas escritas, classificadas de 0 a 20 valores.
Avaliação por exame: uma prova escrita, classificada de 0 a 20 valores.
Para obter aprovação é necessário obter 10 valores no exame ou na média das classificações das frequências.

Bibliografia
- Munson, B. e Okiishi, T. e Huebsch, W. e Rothmayer, A. (2013). Fundamentals of Fluid Mechanics. EUA: Wiley
- Lopes, A. e Oliveira, L. (2016). Mecânica dos Fluidos. Lisboa: Lidel

Método de interação
Aulas teóricas, teorico-práticas e de prática laboratorial.

Software utilizado nas aulas
Não aplicável.