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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Disciplina: Mecânica dos Fluidos I Código: 30-269 Carga Horária: 40h (Teórica: 30h) (Prática: 10h) Créditos: 02 Pré-Requisito: 10-151
EMENTA Unidades dimensionais usuais em mecânica dos fluidos, conceitos fundamentais, lei da viscosidade de Newton, campo de tensão num fluido, manômetros, sistemas hidrostáticos, forças hidrostáticas em superfícies submersas, empuxo e estabilidade.
OBJETIVOS A disciplina aborda os conceitos básicos da mecânica dos fluidos, preparando o acadêmico para analisar qualquer sistema mecânico que interaja com fluidos, a fim de desenvolver as seguintes competências gerais: - Formular e conceber soluções de engenharia, analisando e compreendendo os usuários dessas soluções e seu contexto. - Ser capaz de utilizar técnicas adequadas de observação, compreensão, registro e análise das necessidades dos usuários e de seus contextos ambientais e econômicos. - Formular, de maneira ampla e sistêmica, questões de engenharia, considerando o usuário e seu contexto, concebendo soluções criativas, bem como o uso de técnicas adequadas. - Analisar e compreender os fenômenos físicos por meio de modelos simbólicos e físicos, verificados e validados por experimentação. - Ser capaz de modelar os fenômenos e sistemas físicos, utilizando ferramentas, computacionais e de simulação. - Prever os resultados dos sistemas por meio dos modelos.
- Conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo. - Ser capaz de conceber e projetar soluções criativas, viáveis, técnica e economicamente, nos contextos que serão aplicadas. - Projetar e determinar os parâmetros construtivos e operacionais para as soluções de engenharia. - Comunicar-se eficazmente nas formas escrita, oral e gráfica. - Ser capaz de expressar-se adequadamente, inclusive por meio de uso de tecnologias digitais de informação e comunicação. - Ser capaz de assumir atitude investigativa e autônoma, com vistas à aprendizagem contínua. - Aprender a aprender. Além das competências gerais, devem ser agregadas as seguintes competências específicas: - Compreender as origens físicas dos fenômenos envolvendo a mecânica dos fluidos. - Estabelecer a conceituação e os elementos básicos de mecânica dos fluidos. - Identificar as leis de conservação que regem o comportamento dos fluidos. - Conhecer e determinar as propriedades dos fluidos. - Possibilitar a identificação e a manipulação algébrica dos princípios da mecânica dos fluidos. - Definir e trabalhar com a equação que possibilite determinar o campo de pressão dentro de um fluido estático.
CONTEÚDOS CURRICULARES UNIDADE DE ENSINO 1 – INTRODUÇÃO Realizar observações preliminares da mecânica dos fluidos, apresentando um contexto histórico da sua evolução, identificando os principais cientistas e suas contribuições. Identificar o escopo da mecânica dos fluidos e suas equações básicas e definir um fluido. Apresentar os métodos de análise e as técnicas de solução de problemas da mecânica dos fluidos introduzindo as dimensões e unidades utilizadas dando ênfase ao sistema internacional e ao princípio da homogeneidade dimensional.
Atividade Prática 01: Por meio de um grupo de troca de mensagens eletrônicas os acadêmicos e o professor compartilham previamente imagens e vídeos dos conteúdos contemplados na Unidade de Ensino 1 para serem exibidos e debatidos em sala e posteriormente editado um filme sobre o assunto. O objetivo é que o acadêmico seja capaz de expressar-se adequadamente, inclusive por meio de uso de tecnologias digitais de informação e comunicação.
TDE 01 – Solução de um problema real de engenharia utilizando a rotina proposta para resolver exercícios com todos os passos lógicos apresentados.
UNIDADE DE ENSINO 2 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS Apresentar os conceitos fundamentais de mecânica dos fluidos fazendo uma introdução da disciplina às origens físicas dos fluidos estáticos e em movimento. Introduzir o conceito do contínuo e identificar os campos de propriedades dos fluidos. Descrever e classificar fluidos e escoamentos de interesse da engenharia mecânica.
Atividade Prática 02: Realização de experimentos em laboratório para identificar o comportamento e as principais propriedades dos fluidos, assim como os regimes de escoamento para o acadêmico seja capaz de conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo.
TDE 02 – Elaboração de relatórios técnicos dos experimentos realizados em laboratório para que o acadêmico seja capaz de comunicar-se eficazmente nas formas escrita e gráfica.
UNIDADE DE ENSINO 3 - HIDROSTÁTICA Identificar a equação básica da estática dos fluidos e aplicá-la identificando a variação de pressão num fluido estático através do uso de manômetros. Apresentar o conceito do elevador hidráulico e sua aplicação em sistemas hidráulicos. Trabalhar na solução de problemas práticos de engenharia envolvendo forças hidrostáticas sobre superfícies submersas planas e curvas. Apresentar os conceitos de empuxo e estabilidade e aplicá-los em projetos de equipamentos e embarcações.
Atividade Prática 03: Realização de uma competição envolvendo o projeto, fabricação e testes de embarcações em escala reduzida utilizando-se de materiais de baixo custo com a finalidade de implementar alguns conceitos básicos de estática dos fluidos voltados às leis de flutuação e estabilidade. O objetivo dessa prática é para que o acadêmico seja capaz de conceber e projetar soluções criativas, viáveis, técnica e economicamente, nos contextos que serão aplicadas além de projetar e determinar os parâmetros construtivos e operacionais para as soluções de engenharia.
TDE 03 – Solução de um problema real de engenharia com um fluido estático usando software computacional. O objetivo será, a partir dos conceitos fundamentais, apresentar um problema com um fluido estático para que os acadêmicos sejam capazes de modelar o fenômeno físico utilizando ferramentas matemáticas e computacionais.
METODOLOGIA Visando desenvolver competências apresentadas, as aulas serão desenvolvidas de forma variada e terão como metodologias: a tradicional (expositivo-dialogadas com estudos dirigidos) e a ativa (sala de aula invertida, aprendizagem baseada em problema e projeto, estudo de caso). No intuito de desenvolver as competências inerentes à disciplina, poderão ser utilizados recursos de multimídia como projetores de imagem e vídeo, materiais concretos e softwares matemáticos, e a contextualização se dará através da resolução de problemas reais. Os acadêmicos desenvolverão os TDEs - Trabalhos Discente Efetivos no total de 10h, envolvendo resolução de exercícios e problemas com e sem auxílio de softwares matemáticos e trabalho interdisciplinar envolvendo a aplicação de conceitos físicos e matemáticos à área da engenharia.
AVALIAÇÃO A avaliação da disciplina se propõe a verificar se as competências propostas neste plano de ensino foram desenvolvidas pelo acadêmico, por meio dos seguintes instrumentos de avaliação: provas escritas e TDEs, estes últimos valendo 20% da média parcial. As avaliações serão realizadas ao longo do semestre e distribuídas uniformemente de acordo com o plano de ensino e serão organizadas como um reforço, em relação ao aprendizado e ao desenvolvimento das competências. Em aula antecedente a uma avaliação serão apresentadas orientações a respeito da sistemática a ser adotada e os conteúdos exigidos, bem como os critérios específicos da avaliação. No instrumento de avaliação haverá de forma explícita e por escrito quanto valerá cada questão.
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BIBLIOGRAFIA BÁSICA FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.. Introdução à mecânica dos fluidos. 7.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. WHITE, F. M.. Mecânica dos fluidos. 4.ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2005. MUNSON, B. R.; YOUNG , D. F.; OKIISHI, T. H.. Fundamentos da mecânica dos fluidos. São Paulo: Edgard Blucher, 2004.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ASSY, T. M.. Mecânica dos fluidos: Fundamentos e aplicações. Rio de Janeiro: LTC, 2004. AZEVEDO NETTO, J. M.. Manual de hidráulica. 8.ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2000. INCROPERA, F. P.. Fundamentos da transferência de calor e de massa. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
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