DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

Disciplina: Mecânica dos Fluidos II

Código: 30-272

Carga Horária: 80h (Teórica: 60h) (Prática: 20h)

Créditos: 04

Pré-Requisito: 30-269

EMENTA

Conceitos fundamentais, fundamentos de análise de escoamento, leis básicas para sistemas e volumes de controle, equação da continuidade, quantidade de movimento, primeira lei, escoamento de fluido incompressível não viscoso, análise dimensional e semelhança, escoamento viscoso incompressível interno, escoamento viscoso incompressível externo, arrasto e sustentação, escoamento compressível.

OBJETIVOS

A disciplina aborda os conceitos da dinâmica dos fluidos, preparando o acadêmico para analisar qualquer sistema mecânico que interaja com fluidos em movimento, 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.

Além das competências gerais, devem ser agregadas as seguintes competências específicas:

- Determinar as propriedades dos fluidos.

- Identificar as leis de conservação que regem o comportamento dos fluidos nas formas integral e diferencial.

- Analisar e resolver problemas que envolvam a dinâmica dos fluidos.

- Elaborar projetos.

CONTEÚDOS CURRICULARES

UNIDADE DE ENSINO 1 – EQUAÇÕES BÁSICAS NA FORMA INTEGRAL PARA UM VOLUME DE CONTROLE

Fazer uma revisão dos conceitos fundamentais dos fluidos, dando ênfase ao conceito do contínuo, aos campos de velocidade e tensão e a lei de viscosidade de Newton. Identificar as leis básicas de conservação que regem o comportamento dos fluidos para uma análise de sistema. Obter a relação matemática das leis básicas entre as análises de sistema e volume de controle. Aplicar a formulação das leis básicas para volume de controle em problemas reais de engenharia.

Atividade Prática 01: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.

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 – INTRODUÇÃO À ANÁLISE DIFERENCIAL DOS MOVIMENTOS DOS FLUIDOS

Obter as equações da continuidade e da quantidade de movimento para uma análise diferencial dos movimentos dos fluidos. Definir a função de corrente para escoamento incompressível bidimensional. Identificar o movimento e a aceleração de uma partícula fluida num campo de velocidade. Aplicar a formulação diferencial dos movimentos dos fluidos em problemas reais de engenharia.

Atividade Prática 02: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.

TDE 02 – Solução de um problema real de engenharia usando software computacional.

UNIDADE DE ENSINO 3 - ESCOAMENTO INCOMPRESSÍVEL DE FLUIDOS NÃO VISCOSOS

Obter a equação de Euler para escoamento sem atrito. Identificar a equação de Euler em coordenadas de linhas de corrente. Deduzir e aplicar a equação de Bernoulli em problemas de escoamentos incompressíveis, permanentes e não viscosos. Interpretar a equação de Bernoulli como uma equação de energia.  

Atividade Prática 03: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.

UNIDADE DE ENSINO 4 – ANÁLISE DIMENSIONAL E SEMELHANÇA

Apresentar as equações diferenciais básicas adimensionais. Identificar a natureza e a importância da análise dimensional. Descrever o teorema dos PIs de Buckingham e determinar os grupos PIs. Identificar os grupos adimensionais importantes na mecânica dos fluidos. Conceituar as leis de semelhança dos escoamentos e realizar o estudo de modelos.

Atividade Prática 04: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.

UNIDADE DE ENSINO 5 – ESCOAMENTO INTERNO, VISCOSO E INCOMPRESSÍVEL

Fazer uma introdução ao escoamento interno em tubulações. Identificar o escoamento laminar completamente desenvolvido entre placas paralelas infinitas, e o escoamento laminar completamente desenvolvido num duto. Obter a distribuição de tensão de cisalhamento no escoamento completamente desenvolvido em tubos. Identificar os perfis de velocidade em escoamentos turbulentos completamente desenvolvidos em tubos. Fazer considerações de energia no escoamento em tubos. Realizar o cálculo das perdas de cargas distribuída e localizada em dutos. Solucionar problemas de escoamentos em tubos.

Atividade Prática 05: Realização de experimentos em laboratório para identificar o comportamento e as principais características dos escoamentos em tubulações para que o acadêmico seja capaz de conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo.

TDE 03 – 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 6 – ESCOAMENTO EXTERNO VISCOSO E INCOMPRESSÍVEL

Identificar os conceitos de camada limite e de espessura da camada limite. Obter a equação integral da quantidade de movimento. Fazer uso da equação integral da quantidade de movimento para escoamentos com gradiente de pressão zero e diferente de zero no escoamento de camada limite. Arrasto. Sustentação.

Atividade Prática 06: Realização de uma competição envolvendo o projeto, fabricação e testes de foguetes em escala reduzida utilizando-se de materiais de baixo custo com a finalidade de implementar alguns conceitos básicos dos escoamentos interno e externo viscosos de fluidos incompressíveis. 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 04 – Solução de um problema real de engenharia de escoamento externo viscoso usando software computacional. O objetivo será, a partir dos conceitos estudados, apresentar um problema de um escoamento externo para que os acadêmicos sejam capazes de modelar o fenômeno físico utilizando ferramentas matemáticas e computacionais.

UNIDADE DE ENSINO 7 – INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE ESCOAMENTOS VISCOSOS COMPRESSÍVEIS

Fazer uma revisão da termodinâmica. Definir o número de Mach e classificar os tipos de escoamentos compressíveis. Identificar o cone de Mach.

Atividade Prática 07: 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 7 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.

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.

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan. T.; PRITCHARD, Philip J.; MICHTELL, John W. Introdução à mecânica dos fluidos. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018.  

WHITE, Frank M. Mecânica dos fluidos. 8.ed. Porto Alegre: AMGH, 2018.

MUNSON, Bruce R.; YOUNG , Donald F.; OKIISHI, Theodore H. Fundamentos da mecânica dos fluidos. São Paulo: Edgard Blucher, 2017.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

ELGER, Donald F.; LEBRET, Barbara A.; CROWE, Clayton T.; ROBERSON, John A. Mecânica dos fluidos para Engenharia. 11.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019.

BISTAFA, Sylvio R. Mecânica dos fluidos – Noções e Aplicações. 2.ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2018

ÇENGEL, Yunus A.; CIMBALA, John M.. Mecânica dos Fluidos – Fundamentos e Aplicações. 3. ed. Porto Alegre: AMGH, 2015.