UNIVERSIDADE CATÓLICA PORTUGUESA F A C U L D A D E D E E NGE N H ARIA Disciplina de HIDRÁULICA I Contexto da Disciplina Horas de Trabalho do Aluno Curso(s): Licenciatura em Engenharia Civil (1º ciclo) Aulas Teóricas 30h Ano Curricular Semestre: 3º ano 1º semestre Aulas Teórico-Práticas 30h Ano Académico: 2010 / 2011 Total de horas de Contacto 60h ECTS: 5 créditos Total de horas sem Contacto 80h Tipo de Aulas: Teórico-Práticas Total de horas de Trabalho do Aluno 140h Descrição e Objectivos da Disciplina Esta disciplina constitui uma primeira apresentação aos alunos de uma nova e fundamental área científica Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente. Sem água, não haveria vida na Terra, tal como a conhecemos. É objectivo desta disciplina proporcionar aos alunos uma boa compreensão dos conceitos básicos da Mecânica dos Fluidos, em particular, da Água, de modo a garantir uma base sólida na resolução de diferentes problemas ou aplicações desta área científica em Engenharia Civil. A disciplina contém uma parte inicial, dedicada aos princípios básicos da Mecânica dos Fluidos e da Hidráulica, seguida de uma primeira aplicação aos escoamentos sob pressão. 1
Programa 1ª PARTE MECÂNICA DOS FLUIDOS 1. Introdução 2. Hidrostática 3. Hidrocinemática 4. Análise Dimensional. Teoria da Semelhança 5. Hidrodinâmica 6. Equações Unidimensionais do Escoamento 7. Leis de Resistência ao Escoamento 8. Forças Hidrodinâmicas sobre Corpos Imersos 2ª PARTE APLICAÇÕES DA MECÂNICA DOS FLUIDOS. HIDRÁULICA 9. Introdução 10. Escoamentos Permanentes sob Pressão 11. Escoamentos Variáveis sob Pressão 12. Considerações Finais. Equipa Docente José Matos Silva REGENTE jmsilva@fe.lisboa.ucp.pt Professor Catedrático Convidado da Universidade Católica Portuguesa, é Licenciado em Engenharia Civil (IST), Mestre e Doutor em Engenharia Civil e do Ambiente pela Universidade de Iowa (EUA), Doutor e Agregado em Engenharia Civil pela Universidade Técnica de Lisboa (IST-UTL), Professor Associado com Agregação no Departamento de Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico até 2007. Áreas de investigação principais: Hidráulica Fluvial, Engenharia Natural, Gestão dos Recursos Hídricos e Ambientais. Metodologia de Ensino Aulas teórico-práticas 2 x 2 horas por semana, constituídas por uma parte expositiva, associada a cada um dos tópicos da matéria, e uma parte prática, visando a resolução de problemas e casos de estudo. A participação dos alunos nas aulas é encorajada. Testes no início das aulas seguintes ao final de cada capítulo, para premiar a participação e a pontualidade. 2
Aulas e trabalhos de laboratório (grupos até 3 alunos) com relatório, se estiverem reunidas as condições para a sua realização. Resolução individual de problemas, fora do horário normal das aulas, com apresentação numa das duas aulas seguintes (o aluno tem uma semana para a sua resolução). Estudo individual dos alunos, com base nos elementos de estudo disponíveis. Esclarecimento de dúvidas. Metodologia de Avaliação Aplicam-se as Regras Gerais de Avaliação de Conhecimentos da Faculdade de Engenharia. A avaliação nesta discplina inclui uma Avaliação Contínua e um Exame Final, vindo para a Classificação Final (arredondada à unidade): Classificação Final = 40% Avaliação Contínua + 60% Exame Final Avaliação Contínua (40% da Classificação Final): Conjuntos de problemas, para serem resolvidos individualmente, fora do horário normal das aulas, e apresentados numa das duas aulas seguintes (o aluno tem uma semana para a sua resolução). Até cinco testes relativos à matéria versada nos diferentes capítulos. A classificação de cada teste é obtida por uma componente de 80% correspondente à sua execução e outra de 20% correspondente à participação na sua correcção. Nota mínima em cada componente: 8 A nota mínima na avaliação contínua para ter acesso a exame final é de 8,0 e será arredondada à décima. Participação: 25% l Testes: 50% Trabalhos de Casa: 25% Exame Final ou de Recurso (60% da Classificação Final) No exame final, a nota mínima é de 10,0 e será arredondada à décima. Esta metodologia será revista se estiverem reunidas as condições para a realização de trabalhos de laboratório. Os alunos que obtiverem uma nota final superior a 16 valores, em qualquer das avaliações, e pretendam defendê-la, deverão realizar uma prova oral; caso contrário, ser-lhes-á atribuída a classificação final de 16 valores. 3
Bibliografia Textos de Referência: Silva, J.M. 2009 Apontamentos de Hidráulica I, UCP, Lisboa. Silva, J.M. 2010 Exercícios de Hidráulica, UCP, Lisboa. Quintela, A. C. 1985 "Hidráulica", 2" Edição, Fundação C. Gulbenkian, Lisboa. White, F. M. 2006 "Fluid Mechanics", 6th Edition, McGraw-Hill. Bibliografia Complementar: Munson, B.R.; Young, D.F.; Okiishi, T.H. 2006 Fundamentals of Fluid Mechanics, 5th Edition, Wiley. Cengel, Y.A e Cimbala, J.M. 2007 Mecânica dos Fluidos. Fundamentos e Aplicações, McGraw-Hill. Rouse, H.; Ince, S. 1957 "History of Hydraulics", IIHR, University of Iowa, EUA. Primeira Tentativa de Calendário Primeira Tentativa de Calendário: 1. O8SET10: Apresentação da Disciplina. Referência Histórica. Propriedade dos Fluidos (Quintela capítulo 1 - pág. 1 a 8 e Apontamentos) 2. 09SET10: Revisões. Propriedades dos Fluidos. Fluidos Newtonianos e Outros (Quintela Apontamentos) 3. 15SET10:.Lei Hidrostática de Pressões. Pressões Absolutas e Relativas. Manómetros (Quintela cap. 2 - pág. 9 a 16) 4. 16SET10: Impulsão Hidrostática. Superfícies Planas (Quintela capítulo 2 - pág. 16 a 29) 5. 22SET10: Impulsão Hidrostática. Superfícies Não Planas. Teorema de Arquimedes. Corpos Flutuantes. Líquidos Sujeitos e Acelerações Não Gravíticas (Quintela capítulo 2 - pág. 29 a 35 e Apontamentos) 6. 23SET10: Tipos e Propriedades do Escoamento. Dimensões. Frandezas Fundamentais e Grandezas Derivadas, S.I.. Teorema de Vaschy-Buckingham (Quintela capítulo 3 - pág. 40 a 47, capítulo 6, pág. 118 a 122 e apontamentos) 7. 29SET10: Linhas de Corrente e Trajectórias. Vórtices e Turbilhões. Dúvidas e Revisões. (Quintela capítulo 3 - pág. 39 a 40) 8. 30SET10: 1º Teste 9. 06OUT10: Hidrodinâmica (Quintela capítulo 4 - pág. 49 a 89 e Apontamentos) 10. 07OUT10: Hidrodinâmica (Quintela capítulo 4 - pág. 49 a 89 e Apontamentos) 11. 13OUT10: Equações de Navier-Stokes. Casos Particulares (Quintela capítulo 4 - pág. 49 a 89 e Apontamentos) 12. 14OUT10: Hidrodinâmica (Quintela capítulo 4 - pág. 49 a 89) 13. 20OUT10: 2º Teste 14. 21OUT10: Estudo Global (1-D) dos Escoamentos. Equação da Continuidade e Equação da Quantidade de Movimento (Quintela capítulo 5 - pág. 91 a 110) 15. 27OUT10: Equação de Conservação de Energia. Turbinas e Bombas. Potência do Escoamento (Quintela capítulo 5 - pág. 91 a 110) 16. 28OUT10: Equação de Conservação de Energia. Cavitação (Quintela capítulo 5 - pág. 91 a 110) 4
17. 03NOV10: Estudo Global (1-D) dos Escoamentos. Revisões (Quintela capítulo 5 - pág. 91 a 110) 18. 04NOV10: 3º Teste 19. 10NOV10: Teoria da Semelhança. Parâmetros Adimensionais (Quintela capítulo 6 - pág. 111 a 122) 20. 11NOV10: Teoria da Semelhança. Parâmetros Adimensionais (Quintela capítulo 6 - pág. 111 a 122) 21. 17NOV10: Leis de Resistência dos Escoamentos Uniformes (Quintela capítulo 7 - pág. 123 a 164) 22. 18NOV10: Leis de Resistência dos Escoamentos Uniformes (Quintela capítulo 7 - pág. 123 a 164) 23. 24NOV10: Leis de Resistência dos Escoamentos Uniformes (Quintela capítulo 7 - pág. 123 a 164) 24. 25NOV10: 4º Teste 25. 02DEZ10: Forças Hidrodinâmicas sobre Corpos Imersos. Sedimentação (Quintela capítulo 8 - pág. 165 a 175) 26. 09DEZ10: Escoamentos Permanentes sob Pressão (Quintela capítulo 9 - pág. 177 a 218) 27. 15DEZ10: Escoamentos Variáveis sob Pressão (Quintela capítulo 10 - pág. 219 a 250) 28. 16DEZ10: 5º Teste 1ª Tentativa para Calendário dos Testes (Resumo): Testes Peso Data tentativa 1º Teste 1 30 de Setembro 2º Teste 1 20 de Outubro 3º Teste 1 04 de Novembro 4º Teste 1 25 de Novembro 5º Teste 1 15 de Dezembro 5