Introdução à Engenharia - Dr. José Roberto Castilho Piqueira

Introdução à Engenharia Dr José Roberto Castilho Piqueira Coordenador de Conteúdo Fábio Augusto Gentilin e Crislaine Rodrigues Galan Designer Educacional Yasminn Tavares Zagonel Revisão Textual Talita Dias Tomé e Meyre Barbosa Editoração Isabela Belido José Jhonny Coelho Melina Ramos e Thayla Guimarães Cripaldi Ilustração Bruno Pardinho Marta Kakitani e Marcelo Goto Realidade Aumentada Kleber Ribeiro Thiago Surmani e Leandro Naldei C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ Núcleo de Educação a Distância PIQUEIRA José Roberto Castilho Introdução à Engenharia José Roberto Castilho Piqueira MaringáPR Unicesumar 2018 Reimpresso em 2021 256 p Graduação EaD 1 Engenharia 2 Introdução 3 EaD I Título ISBN 9788545909866 CDD 22 ed 620 CIP NBR 12899 AACR2 NEAD Núcleo de Educação a Distância Av Guedner 1610 Bloco 4 Jardim Aclimação CEP 87050900 Maringá Paraná unicesumaredubr 0800 600 6360 Impresso por DIREÇÃO UNICESUMAR Reitor Wilson de Matos Silva ViceReitor e PróReitor de Administração Wilson de Matos Silva Filho PróReitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva PróReitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi NEAD NÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Diretoria Executiva Chrystiano Mincoff James Prestes e Tiago Stachon Diretoria de Graduação e Pósgraduação Kátia Coelho Diretoria de Permanência Leonardo Spaine Diretoria de Design Educacional Débora Leite Head de Produção de Conteúdos Celso Luiz Braga de Souza Filho Head de Metodologias Ativas Thuinie Daros Head de Curadoria e Inovação Tania Cristiane Yoshie Fukushima Gerência de Projetos Especiais Daniel F Hey Gerência de Produção de Conteúdos Diogo Ribeiro Garcia Gerência de Curadoria Carolina Abdalla Normann de Freitas Supervisão do Núcleo de Produção de Materiais Nádila de Almeida Toledo Supervisão de Projetos Especiais Yasminn Talyta Tavares Zagonel Projeto Gráfico José Jhonny Coelho e Thayla Guimarães Cripaldi Fotos Shutterstock PALAVRA DO REITOR Em um mundo global e dinâmico nós trabalha mos com princípios éticos e profissionalismo não somente para oferecer uma educação de qualida de mas acima de tudo para gerar uma conversão integral das pessoas ao conhecimento Baseamo nos em 4 pilares intelectual profissional emo cional e espiritual Iniciamos a Unicesumar em 1990 com dois cursos de graduação e 180 alunos Hoje temos mais de 100 mil estudantes espalhados em todo o Brasil nos quatro campi presenciais Maringá Curitiba Ponta Grossa e Londrina e em mais de 300 polos EAD no país com dezenas de cursos de graduação e pósgraduação Produzimos e revi samos 500 livros e distribuímos mais de 500 mil exemplares por ano Somos reconhecidos pelo MEC como uma instituição de excelência com IGC 4 em 7 anos consecutivos Estamos entre os 10 maiores grupos educacionais do Brasil A rapidez do mundo moderno exige dos educadores soluções inteligentes para as ne cessidades de todos Para continuar relevante a instituição de educação precisa ter pelo menos três virtudes inovação coragem e compromisso com a qualidade Por isso desenvolvemos para os cursos de Engenharia metodologias ativas as quais visam reunir o melhor do ensino presencial e a distância Tudo isso para honrarmos a nossa missão que é promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária Vamos juntos BOASVINDAS Prezadoa Acadêmicoa bemvindoa à Co munidade do Conhecimento Essa é a característica principal pela qual a Unicesumar tem sido conhecida pelos nossos alu nos professores e pela nossa sociedade Porém é importante destacar aqui que não estamos falando mais daquele conhecimento estático repetitivo local e elitizado mas de um conhecimento dinâ mico renovável em minutos atemporal global democratizado transformado pelas tecnologias digitais e virtuais De fato as tecnologias de informação e comu nicação têm nos aproximado cada vez mais de pessoas lugares informações da educação por meio da conectividade via internet do acesso wireless em diferentes lugares e da mobilidade dos celulares As redes sociais os sites blogs e os tablets ace leraram a informação e a produção do conheci mento que não reconhece mais fuso horário e atravessa oceanos em segundos A apropriação dessa nova forma de conhecer transformouse hoje em um dos principais fatores de agregação de valor de superação das desigualdades propagação de trabalho qualificado e de bemestar Logo como agente social convido você a saber cada vez mais a conhecer entender selecionar e usar a tecnologia que temos e que está disponível Da mesma forma que a imprensa de Gutenberg modificou toda uma cultura e forma de conhecer as tecnologias atuais e suas novas ferramentas equipamentos e aplicações estão mudando a nossa cultura e transformando a todos nós Então prio rizar o conhecimento hoje por meio da Educação a Distância EAD significa possibilitar o contato com ambientes cativantes ricos em informações e interatividade É um processo desafiador que ao mesmo tempo abrirá as portas para melhores oportunidades Como já disse Sócrates a vida sem desafios não vale a pena ser vivida É isso que a EAD da Unicesumar se propõe a fazer Seja bemvindoa caroa acadêmicoa Você está iniciando um processo de transformação pois quando investimos em nossa formação seja ela pessoal ou profissional nos transformamos e consequentemente transformamos também a so ciedade na qual estamos inseridos De que forma o fazemos Criando oportunidades eou estabe lecendo mudanças capazes de alcançar um nível de desenvolvimento compatível com os desafios que surgem no mundo contemporâneo O Centro Universitário Cesumar mediante o Núcleo de Educação a Distância oa acompa nhará durante todo este processo pois conforme Freire 1996 Os homens se educam juntos na transformação do mundo Os materiais produzidos oferecem linguagem dialógica e encontramse integrados à proposta pedagógica contribuindo no processo educa cional complementando sua formação profis sional desenvolvendo competências e habilida des e aplicando conceitos teóricos em situação de realidade de maneira a inserilo no mercado de trabalho Ou seja estes materiais têm como principal objetivo provocar uma aproximação entre você e o conteúdo desta forma possibilita o desenvolvimento da autonomia em busca dos conhecimentos necessários para a sua formação pessoal e profissional Portanto nossa distância nesse processo de crescimento e construção do conhecimento deve ser apenas geográfica Utilize os diversos recursos pedagógicos que o Centro Universitário Cesumar lhe possibilita Ou seja acesse regularmente o Stu deo que é o seu Ambiente Virtual de Aprendiza gem interaja nos fóruns e enquetes assista às aulas ao vivo e participe das discussões Além disso lembrese que existe uma equipe de professores e tutores que se encontra disponível para sanar suas dúvidas e auxiliáloa em seu processo de apren dizagem possibilitandolhe trilhar com tranquili dade e segurança sua trajetória acadêmica APRESENTAÇÃO Caroa alunoa do curso de Engenharia esta primeira disciplina pretende apresentar uma ideia geral das atividades profissionais que você poderá exercer no futuro com ênfase no fato de que a Engenharia é uma atividade de grande relevância para o progresso e bemestar da humanidade A Engenharia nos rodeia nas atividades caseiras que envolvem fogão má quina de lavar geladeira televisão internet chuveiro aquecedor ferro elétrico projetados e produzidos em escala industrial para uso comum Isso sem falar da nossa própria habitação projetada e construída para nos proporcionar abrigo e conforto Da casa para o trabalho ruas avenidas pontes e viadutos permitem que o transporte individual ou coletivo conduzanos com segurança e confiabilidade Do trabalho para o lazer estádios teatros academias parques e resorts transformam nosso cansaço diário em momentos de tranquilidade e cuidado com nossa vida Há ainda os aviões e navios que facilitam o comércio entre as nações transportam turistas e exe cutivos entre continentes Poderíamos continuar essa enumeração por muitos parágrafos Entretanto preferimos que você comece a trilhar seu caminho na nova profissão Na Unidade I visitaremos a PréHistória e a Antiguidade iniciando com as armas roupas e habitação essenciais para a escalada evolutiva de nossa es pécie e chegando às maravilhas das construções gregas egípcias e romanas A Unidade II mostrará a evolução da Engenharia com o construtor ainda visto como operário braçal até seu reconhecimento como profis são e a criação das primeiras escolas no século XVII Era o Positivismo combinando ciência e tecnologia trazendo as máquinas como alívio ao trabalho físico O início do século XX descrito na Unidade III trouxe verdadeiras maravi lhas que vão desde sofisticados eletrodomésticos até a conquista do espaço com o homem pisando na Lua em 1969 Nesse ponto o desenvolvimento foi de tal monta que as divisões em modalidades de estudo surgiram Ci vil Unidade IV Elétrica Unidade V Química Unidade VI Produção Unidade VII Mecânica Unidade VIII descritas em conjunto com suas subdivisões Ambiental Telecomunicações Eletrônica Energia Materiais Metalurgia Petróleo Naval Aeronáutica Mecatrônica e tantas outras de nominações especializadas O seu século o XXI chegou e trouxe a reunião de todas essas ramifica ções sob um novo paradigma a Engenharia da Complexidade descrita na Unidade IX É para essa viagem da PréHistória ao século XXI que você está convidado Plunct Plact Zum pode partir sem problema algum Raul Seixas CURRÍCULO DO PROFESSOR Possui graduação em Engenharia Elétrica pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo 1974 mestrado em Engenharia Elétrica pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universida de de São Paulo 1983 doutorado em Engenharia Elétrica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 1987 e livredocência em Controle e Automação pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 1997 Atualmente é professor titular Concurso Público em 1999 e Diretor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo tem 110 artigos indexados na principal coleção da Web of Science 3 Editoriais 89 em periódicos 18 em con gressos h12 orientou 23 mestrados 24 douto rados e supervisionou 9 pósdoutorados Participa do corpo editorial dos periódicos Journal of Con trol Automation and Electrical Systems Springer Journal of Taibah University for Science Elsevier É presidente do Conselho Superior do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN e mem bro efetivo da Academia Nacional de Engenharia Tem experiência nas áreas de Engenharia Elétrica e Biomédica com ênfase em Teoria Geral dos Circui tos Elétricos atuando principalmente nos seguintes temas dinâmica bifurcação sincronismo caos e modelos matemáticos httplattescnpqbr6644721827442957 Busque Conhecimento Atenção Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo fique atento pois ele trará pontos de atenção de fatos referentes ao conteúdo que está sendo discutido Conceituando Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo fique atento pois ele trará explicações de termos técnicos aplicação do conteúdo estudado na prática ou de um conceito relacionado ao assunto Saiba Mais Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo fique atento pois ele trará curiosidades ou assuntos que estão ligados ao tema discutido RECURSOS INTERATIVOS Pílula de Aprendizagem Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo esteja conectado e incio o aplicativo Unicesumar Experience Selecione o ícone QRCode e aproxime seu dispositivo do elemento com o código pois ele trará vídeos que complementam o assunto discutido Realidade Aumentada Quando você encontrar esse ícone no seu material de estudo esteja conectado e incio o aplicativo Unicesumar Experience Aproxima seu dispositivo da página inicial e veja os recursos em Realidade Aumentada Explore as ferramentas do app para saber das possibilidades de interação de cada objeto Conceito Básico de Engenharia 13 A Engenharia como Atividade Artesanal e o Surgimento das Primeiras Escolas 41 Engenharia do Positivismo à Integração 67 Engenharia Civil Engenharia Elétrica 101 123 Engenharia Química 149 Indústria e Produção Engenharia Mecânica 199 Engenharia da Complexidade 227 175 Utilize o aplicativo Unicesumar Experience para visualizar a Realidade Aumentada 26 Exemplo de aqueduto 47 Exemplo de funcionamento de roldana 82 Estação de tratamento 107 Exemplo de planta baixa 130 Gerador de Van Der Graaf 162 Usina termoelétrica princípio de funcionamento 186 Chipset 215 241 Processo de Fresamento Cluster PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Dr José Roberto Castilho Piqueira Compreender que a Engenharia rodeia a atividade huma na desde os primórdios da escala evolutiva Compreender a Engenharia como a habilidade de utilizar os recursos disponíveis na natureza para benefício da vida humana Entender como as civilizações grega e egípcia realizaram grandes obras de engenharia construtiva utilizando ele mentos intuitivos da Matemática Verificar como o Império Romano aprimorou essa habili dade iniciando a capacidade de planejamento da espécie humana Pesquisar e entender as obras de abastecimento de água do Império Romano presentes e úteis até hoje Entender as modalidades de energia envolvidas nas ati vidades descritas Finalizar entendendo que a Engenharia trabalha os diver sos tipos de transformação e conservação de energia em benefício da vida no planeta A Engenharia na Evolução Humana A Engenharia na Grécia Os sistemas de abastecimento de água do Império Romano Consumo de Energia e sua relação com a vida no Planeta A Engenharia no Império Romano Conceito Básico de Engenharia Engenharia na Evolução Humana O uso da energia de ferramentas e de vestimen tas pelo homem primitivo foi a primeira manifes tação da Engenharia na vida da nossa espécie Aproveitar os recursos que a natureza oferece para melhorar a vida no planeta é a principal finalidade da Engenharia Você acaba de ingressar no curso de Engenharia uma profissão nobre responsável pelo desenvol vimento da tecnologia desde as mais simples uti lidades como lâmpadas móveis e embalagens até as mais sofisticadas tais como máquinas elétricas pontes automóveis e computadores Em toda nossa atividade diária a Engenharia se faz presente nos eletrodomésticos nos trans portes nas ferramentas de trabalho e no mundo do lazer Além disso os hospitais e clínicas cada vez mais aprimoram suas técnicas com sofisti cados equipamentos mecânicos e eletrônicos É nesse mundo maravilhoso que você está ingres 15 UNIDADE I sando e para começar faremos uma breve retrospectiva histórica mostrando como a criatividade e a habilidade humana permitiram que nossa espécie evoluísse da préhistória às viagens espaciais A Engenharia acompanha o homem desde suas origens A obten ção do fogo de vestimentas das habitações e o tratamento de metais para a construção de armas e ferramentas permitiram a sobrevivên cia da espécie PIQUEIRA 2014 Na Figura 1 podemos observar uma importante atividade de Engenharia sendo realizada por um indivíduo de uma espécie préhumana transferindo à pedra energia potencial gravitacional e energia proveniente de seus processos bioló gicos internos ele a usa para quebrar um osso e facilitar sua utilização Figura 1 Indivíduo de espécie préhumana quebra osso de animal com uma pedra Fonte Fernandes 2012 online1 Esse é sempre o sinal de que a Engenharia manifestase ela cria meios para que a energia seja transformada conservada ou consu mida a bem do conforto da espécie Não deixa portanto de ser um fato interessante que a Engenharia se manifeste mesmo em escalas evolutivas primitivas É dessa intuição ligada à conservação da vida que nasce a melhor Engenharia Desde o início da civilização humana o bom uso da energia se faz presente inicialmente com a obtenção do fogo originária da transformação de energia mecânica em energia térmica e com o uso de cavernas como primeiras habitações permitindo conservação de energia e viabilizando conforto térmico mínimo para sobrevivência conforme ilustra a Figura 2 16 Conceito básico de engenharia Figura 2 Domínio do fogo e grutas como habitação Fonte História 2013 online2 Os desenvolvimentos posteriores alavancas e rodas também se relacionam ao bom uso da energia e de suas transformações Nas ce o que chamamos tecnologia isto é o domínio de técnicas que transformam recursos naturais em processos de preservação e de senvolvimento da vida no planeta BAZZO PEREIRA 2000 Assim foram dados os principais passos na evolução e progresso da espécie humana usando os recursos energéticos disponíveis no planeta para garantir a vida O blog PETCivil da UFJF é um trabalho realizado por alunos dessa instituição tratando de maneira interessante as questões históricas da Engenharia Assim para saber mais sobre a relação entre a Engenharia e a evolução humana consulte o site https petcivilufjfwordpresscom20150423aengenharianahistoria aprehistoria 17 UNIDADE I A Engenharia na Grécia Além disso estudaram profundamente os solos e as fundações e construíram sistemas de ca lhas para escoamento da água da chuva Esses avanços permitiram a materialização de grandes obras como pirâmides e templos Figura 3 com impressionantes exemplos de uso de pedras e vidros Os Egípcios iniciaram a indústria da constru ção com grandes obras realizadas de maneira engenhosa Engenharia usando conhecimen tos rudimentares e précientíficos Além disso utilizaram de maneira inteligente a energia dos ventos eólica para a navegação Os gre gos aprimoraram as construções introduzindo importantes valores estéticos combinados com a habilidade construtiva A civilização egípcia antiga teve grande importância para a constru ção civil sendo responsável pela invenção do concreto combinando sobras de polimentos com gesso e água 18 Conceito básico de engenharia Figura 3 Pirâmides e Templo de Faraós Fonte Brasil 2017 online3 Os egípcios são os primeiros a usar grande quan tidade de pedras em obras e há mais de 5 mil anos já utilizavam tijolos no formato atual Além disso tinham bons conhecimentos de Geologia e dos fatores que influenciavam a dureza das rochas Além da construção civil a construção naval era dominada pelos egípcios com o pri meiro barco à vela datado de 1000aC Outra área da Engenharia dominada pelos egípcios é a hidráulica conhecendo a arte de construção de diques e canais e transformando o Nilo em importante meio de transporte A Grécia Antiga considerada o berço da civilização ocidental notabilizouse pela valo rização do ser humano e pelo culto ao pensa mento e ao belo expresso pelo pensamento de Protágoras O homem é a medida de todas as coisas A arquitetura tratada como a arte de realizar grandes esculturas passa a seguir nor mas geométricas rigorosas respeitando relações matemáticas precisas Esculturas de deidades constituíam as colunas das construções Figura 4 e supostamente contavam as histórias dos templos Os principais monumentos da arqui tetura grega foram os templos Figura 4 e os teatros Figura 5 Figura 4 Mulheres esculpidas 19 UNIDADE I As construções gregas eram feitas de madeira barro ou tijolos de barro com telhados de palha As colunas eram usadas para suporte e o mármore passou a ser utilizado a partir do século VII aC em templos e teatros A maioria dos templos gregos foi construída com vigas de madeira envoltas por colunas de pedra que serviam como forma de sustentação do telhado e possuíam também três tipos de estética bem definidas a dórica a jônica e a coríntia Figura 6 Figura 5 Teatro de Epidauro servindo de colunas Figura 6 Estética das colunas de sus tentação Jônico Corinthio Dórico 20 Conceito básico de engenharia A ordem dórica tem origem no sentir do povo grego representando o pensamento A ordem jô nica representa a graça e o feminino Já a ordem coríntia referese ao luxo e à ostentação Os gregos antigos não usavam argamassa em suas construções mas braçadeiras e buchas para apertar as peças Os blocos de mármore e calcário eram cuidadosamente extraídos e medidos e então cortados precisamente para garantir uma construção perfeita As ferramentas usadas pelos pedreiros eram manuais tais como enxada broca cinzel e marreta Os mestres escultores enchiam as colunas de pedra e os plintos de entalhes altamente decorados Um guindaste era usa do para levantar e colocar no lugar as peças SABINO 2015 online Neste ponto do nosso estudo podemos fazer uma ligeira reflexão sobre as conquistas da Engenha ria anteriormente descritas nas civilizações do Egito e da Grécia Elas têm em comum a criação de grandes monumentos e construções suntuo sas voltadas para a ostentação do poder de faraós e imperadores O lado genial da capacidade de conceber obras robustas é pouco reportado e seus autores arquitetos e engenheiros da época prati camente não são referenciados Entretanto é fato digno de nota que conce beram e construíram obras e monumentos den tro dos melhores padrões da Engenharia sem o ferramental teórico que a Ciência proporcionou séculos depois com o desenvolvimento da Física Um ponto importante a se destacar é que mais uma vez é a energia dos operários de seus inventos utilitários e da natureza que bem apro veitada dá vida às obras Em relação ao bom uso da Energia é nesse período que as energias dos cursos dágua e do vento passam a ser utilizadas no transporte fluvial e marítimo 21 UNIDADE I A Engenharia no Império Romano O Império Romano herdeiro dos grandes pro gressos intelectuais e tecnológicos dos egípcios e gregos produziu importantes desenvolvimentos na Engenharia Além do aprimoramento dos ma teriais utilizados e das técnicas construtivas há um amplo avanço na infraestrutura de transpor tes com a construção de estradas túneis e pontes com técnicas até hoje estudadas A Engenharia da Roma antiga iniciou um período importante da história da civilização aprimoran do a indústria da construção com a invenção do cimento Concebeu as estruturas em arco pavimentou áreas urbanas construiu pontes e túneis tecnicamente perfeitos 22 Conceito básico de engenharia Devese ressaltar ainda os aquedutos que garan tiam abastecimento de água a boa parte de popu lação e são os precursores das modernas redes de distribuição atuais Do ponto de vista da constru ção a obra que melhor representa o trabalho da Engenharia Romana é o Coliseu Figura 7 que se apresenta até os dias de hoje como modelo para construção de estádios Com capacidade para 50 mil pessoas foi cuidadosamente projetado com ventilação e iluminação naturais planejadas de maneira minuciosa inaugurado em 80 dC Uma novidade introduzida pelos romanos foi a concepção de arruamentos e calçadas nos espa ços urbanos melhorando a qualidade de vida da população Nesse período foram construídos mi lhares de quilômetros de calçada com o esquema construtivo mostrado na Figura 8 Outra conquista da Engenharia romana foram as pontes construídas com pedras no século II aC Originalmente os blocos eram fixados por grampos de ferro mas houve uma importante evolução para o uso de núcleos de concreto e re vestimentos de blocos de pedras Figura 9 Figura 8 Calçadas romanas Fonte Pet Engenharia Civil UFJF 2016 online4 Figura 7 Coliseu Fonte Pet Engenharia Civil UFJF 2016 online4 23 UNIDADE I As construções romanas usaram amplamente as vantagens estruturais dos arcos Suas pontes con tinham arcos de pedra que permitiam a distribui ção eficiente dos pesos Em toda Europa existem ainda centenas de pontes romanas indicando sua precisão técnica e alta confiabilidade Os romanos aprimoraram também a cons trução de túneis subterrâneos que permitiam circulação subterrânea construídos com tal per feição que estão em perfeito estado até hoje A recente descoberta de uma rede de túneis sob as ruínas da Villa Adriana na cidade de Tivoli Figura 9 Ponte romana sobre o Rio Marecchia Fonte Wikipédia 2017 online5 O blog Edukavita contém uma quantidade variada de informações úteis com ênfase na História das maravilhas construídas pelo homem Para saber mais sobre a Engenharia romana e suas construções consulte o site httpsedukavita blogspotcombr201605engenhariaromana origensehistoriahtml Figura 10 Vila Adriana perto de Roma comprova esse fato Figura 10 Devese ressaltar que os romanos construíram centenas de milhares de quilômetros de estradas para várias finalidades como comércio e con trole do império Por fim não há como negar que a mais impor tante contribuição dos romanos para a construção foi a invenção do concreto permitindo impressio nantes construções Inventado no final do século III era obtido adicionando um pó vulcânico à argamassa feita de uma mistura de tijolo ou pe daços de pedra cal ou gesso e água 24 Conceito básico de engenharia Os Sistemas de Abastecimento de Água do Império Romano Os aquedutos romanos colocam em evidência os dois bens mais preciosos que a natureza pro porcionou ao planeta água e energia Conser válos é tarefa de todos e finalidade primordial da Engenharia Deixamos esta contribuição do Império Roma no para a Engenharia em uma sessão especial pois trata da primeira iniciativa organizada do bom uso da energia disponível na natureza para o bemestar humano Os aquedutos foram concebidos e construídos pelos romanos para satisfazer a vários tipos de aplicação A principal era levar a água de lugares onde havia em abundância para lugares em que ela era escassa Dessa maneira a água corretamente dire cionada servia chafarizes banhos públicos ou privados e limpeza de latrinas Adicionalmente atividades de agricultura e mineração se serviram 25 UNIDADE I dos benefícios proporcionados pela disponibilidade da água Come çam então de maneira organizada e planejada os bons serviços da Engenharia envolvendo os dois aspectos essenciais da vida água e energia É desses dois itens que depende a vida em nosso planeta e uma mirada retrospectiva para os cuidados dos romanos deve ser de grande utilidade Os aquedutos transportavam água fazendo uso da energia po tencial gravitacional aproveitando inclinações de canais enterra dos Nos locais onde a natureza era desfavorável vales e planícies canos de chumbo em alta pressão ou canais passavam por pontes e alimentavam o sistema Figura 11 Figura 11 Aqueduto Pont du Gard na Gália Romana atual sul da França Fonte Wikimedia 2017 online6 No século III Roma tinha um grande número de aquedutos para uma população de mais de um milhão de pessoas que usavam a água de maneira ex travagante Não havia ainda a consciência da importância da preservação desse presente da natureza 26 Conceito básico de engenharia Os Aquedutos Romanos refletiam a filosofia ro mana de objetividade e praticidade Roma nos deixou volumosas estruturas que tinham a fun ção de conduzir a água pelas cidades As fontes atestam que os romanos conheciam o sistema de transporte de água por canalização subterrânea e o de aquedutos em arcos suspensos que fora aprendido com os etruscos A escolha por este modelo deuse pelo preço inferior das obras já que os materiais necessários eram mais abun dantes e baratos Para saber mais sobre esse assunto acesse httpwwwinfoescolacomhistoriaaquedutos romanos Fonte Gasparetto Júnior 2017 online7 Exemplo de aqueduto 27 UNIDADE I Consumo de Energia e sua Relação com a Vida no Planeta Para medidas práticas de consumo de energia usase a unidade quilowatt hora kWh que cor responde ao consumo de um aparelho de potência 1kW 1 000W ligado durante uma hora 3 600s Ao estudarmos a evolução da Engenharia desde as civilizações préhumanas até a civilização ro mana pudemos observar que nossa espécie para evoluir e melhorar suas condições de vida apro veitouse dos recursos naturais disponíveis sem se preocupar com sua reposição ou conservação O grande desafio do século XXI é a questão energética tratase de problema delicado e de abrangência mundial O nível atual de desenvolvi mento da humanidade evidenciado pela tecnolo gia a medicina e o potencial de conforto exige um consumo de energia por habitante bastante eleva do Interromper esse consumo decisão simplista seria negar o conhecimento adquirido e talvez comprometer a continuidade da civilização 28 Conceito básico de engenharia Piqueira e Brunoro 2000 p 5 afirmam que sendo inevitável consumir energia é importante haver bom senso na sua distribuição e renovação e também a consciência de que é urgente desenvol ver novas tecnologias não poluentes para obtêla A obtenção de energia para manter a sociedade hoje está atrelada quase inevitavelmente à degra dação ambiental A escolha adequada da matriz energética distribuição entre as formas de gera ção mundial não pode levar em conta apenas os custos imediatos deve assegurar a qualidade de vida das futuras gerações Veremos a seguir alguns dos aspectos relativos ao uso da energia e suas implicações Iniciamos com a ideia geral de que a energia é o bem de capital de maior valor para a nossa espécie dis cutindoa no que se refere à utilização humana Nas aulas de Biologia e Física estamos acostu mados a nos deparar com dois conceitos aparen temente díspares de energia Os biólogos parecem falar de algo concreto que passa do Sol para as plantas e dessas para os animais transforman dose no interior dos seres vivos por processos fisiológicos complicados nas mais diversas mo dalidades sendo essencial para funções como respiração excreção reprodução manutenção de temperatura e condução de impulsos elétricos associados ao sistema nervoso Os físicos pare cem falar de algo mais abstrato calculável por equações relativo a situações mais simples como carrinhos descendo montanhasrussas ou cargas elétricas em movimento nos circuitos Os conceitos empregados nas duas disciplinas entretanto são integrados e remetem a mesma en tidade física a capacidade de um corpo ou sistema de corpos em qualquer escala espacial produzir movimento próprio ou de outros corpos que estão no seu entorno Assim o ser humano nas atividades diárias todo o tempo utiliza energia Ele a retira dos alimentos que ingere e como se fosse uma máquina transformaa nas diversas modalidades necessárias ao funcionamento do seu organismo A Tabela 1 ilustra o gasto de energia do corpo humano em diversas atividades Necessidades energéticas para várias atividades em kcalhora Trabalho leve Trabalho moderado Trabalho pesado Trabalho muito pesado Escrever 20 Dormindo 85110 Marchando 280400 Pedreiro 350 Permanecer relaxado 20 Tomando banho 125125 Andando de bicicleta 180600 Correndo 8001000 Datilografando rapidamente 55 Carpintaria 150180 Remando 120600 Escalando 400900 Tocando violino 4050 Caminhando 130240 Nadando 200700 Esquiando 500950 Lavando louça 60 Subindo escadas 1000 Passando a ferro 60 Tabela 1 Necessidades energéticas para várias atividades kcalh Fonte Goldemberg 1998 29 UNIDADE I Evidentemente à medida em que a nossa espécie foi se multiplicando e se apropriando do espaço terrestre as necessidades de energia aumentaram consideravelmente sobretudo porque dela pas sou a depender a vida sob condições adversas O gráfico de barras da Figura 12 GOLDEMBERG 1998 mostra esse fato indicando que quanto mais sofisticada a vida e melhor sua qualidade maior a necessidade de consumo de energia Do homem primitivo até o homem tecnológico o consumo diário cresceu em um milhão de anos de 2000 kcal para quase 230 000 kcal Esse aumen to foi progressivo acompanhando o refinamento da tecnologia desenvolvida pela humanidade para modificar o meio ambiente em seu benefício Os recursos energéticos disponíveis na Terra porém são limitados Conciliar esse fato com as necessidades humanas é como dizemos um gran de desafio a ser enfrentado pela ciência moderna independentemente das administrações e das ideo logias Além disso não há como negar que o con sumo de energia está relacionado com a qualidade de vida conforme mostram os gráficos ilustrativos GOLDEMBERG 1998 da Figura 13 em que a unidade de energia utilizada é a TEP tonelada equivalente de petróleo equivalente a 107 kcal Figura 12 Desenvolvimento e consumo de energia Fonte Goldemberg 1998 Estágios de desenvolvimento e consumo de energia Alimentação Homem tecnológico 230 77 20 12 6 2 Homem industrial Homem agrícola avançado Homem agrícola primitivo Homem caçador Energia total consumida per capita mil kcaldia Homem primitivo Consumo diário per capita mil kcal 0 50 100 150 200 Moradia e comércio Indústria e agricultura Transporte Figura 13 Energia e qualidade de vida Fonte Goldemberg 1998 Expectativa de vida mortalidade infantil alfabetização e taxa de fertilidade total como uma função da energia comercial consumida per capita 80 20 0 2 4 6 40 Média de 127 países para grupos de 10 países Uso de energia TEP per capita por ano Expectativa de vida anos 60 80 20 0 2 6 4 8 40 Média de 127 países para grupos de 10 países Uso de energia TEP per capita por ano Mortalidade infantil Mortes por 1000 nascimentos vivos 60 80 20 40 Uso de energia TEP per capita por ano Analfabetismo população adulta 60 0 2 6 4 8 0 2 6 4 8 2 4 Oma Arábia Saudita Líbia Ira Gabão Mongolia Venezuela Kuwait Trinidad e Tobago Uso de energia TEP per capita por ano Taxa de fertilidade total TFT 6 8 10 30 Conceito básico de engenharia Verificamos então que a energia é essencial à vida e fator de conforto e bemestar Entretan to seu consumo é fator relevante nos problemas ambientais principalmente em decorrência do emprego de combustíveis fósseis na produção de eletricidade no setor de transporte e na indústria Resolver esse problema eliminando a causa evi dentemente é uma tarefa muito difícil pois os com bustíveis fósseis respondem por mais de 90 do con sumo atual de energia mundial Entretanto não parece impossível dadas as alternativas de fontes renováveis disponíveis hoje Usar gás natural nas termelétricas é interessante pois em comparação com os combus tíveis fósseis emite metade do CO2 por kWh e pra ticamente não emite óxidos de enxofre e nitrogênio Fazendas de produção de energia a partir de biomassa representam outra solução bastante con vidativa uma vez que o CO2 por elas emitido pode ser reabsorvido nos processos de fotossíntese e não há emissão de óxidos de enxofre e nitrogênio Há ainda a energia solar que pode ser utilizada como fonte quente nas termelétricas ou ser diretamente convertida em elétrica nas células fotovoltaicas As desigualdades entre os países no entanto de terminam diferenças não só no volume de energia consumido os pobres consomem menos que os ricos como também na forma de obtêla as me lhores soluções para a matriz energética dos países desenvolvidos quando aplicadas ao contexto de paí ses em desenvolvimento nem sempre serão ótimas A questão energética influencia diretamente o desenvolvimento e o meio ambiente Não podemos privilegiar o primeiro provocando drásticos impac tos no segundo É nisso que se fundamenta o concei to de desenvolvimento sustentável que defende não só a qualidade de vida atual mas também a herança a ser deixada para as gerações futuras propondo a proteção e a manutenção dos sistemas naturais Um passo significativo para a concretização desse conceito foi a Conferência de Estocolmo em 1972 que enfatizou a questão ambiental e a con vivência na Terra Outro foi a ECO 92 ou United Nations Conference on Environment and Deve lopment Unced realizada no Rio de Janeiro que frisou o problema da utilização de combustíveis fósseis na produção de energia devido à emissão de CO2 e o consequente agravamento do efeito estufa O Protocolo de Kyoto 1997 procurou restrin gir a emissão de CO2 dos países sugerindo o em prego de mecanismos para um desenvolvimento limpo O recente acordo de Paris 2015 rege as emissões de CO2 estabelecendo limites a serem atingidos em 2020 Para dar uma ideia dos reais responsáveis pelo efeito estufa e pela degradação ambiental apre sentamos a Tabela 2 com o volume anual de CO2 emitido por diversos países Emissão de CO2 toneladas de CO2 per capita Quantidade Países Entre 16 e 36 Estados Unidos e Austrália Entre 7 e 16 Japão Canadá Rússia Ucrânia Polônia e África do Sul Entre 25 e 7 União Europeia China México Chile Argentina e Venezuela Entre 08 e 25 Brasil Índia Indonésia países da América Central e Caribe Tabela 2 Emissão de CO2 toneladas per capita Fonte Goldemberg 1998 Os Estados Unidos um dos maiores emissores de CO2 posicionaramse contra as medidas propos tas alegando que elas acarretariam uma redução drástica na sua economia podendo provocar re cessão Esse é um exemplo da tentativa suicida de 31 UNIDADE I manter a economia dos ricos à custa da degrada ção da qualidade de vida de todos Para que você possa avaliar o consumo de energia de seu cotidiano vamos recordar um ponto importante da Física No sistema internacional de unidades SI a energia de qualquer tipo ou modalidade é medida em joules J Quando se trata de estudar processos de transformação de energia usase o con ceito de potência medida em watts W e definida como energia por unidade de tempo Assim quando ligamos uma lâm pada de 100W à rede elétrica uma energia de 100 J é consumida a cada segundo Para medidas práticas de consumo de energia usase a unidade quilowatt hora kWh que corresponde ao consumo de um aparelho de potência 1kW 1 000W ligado durante uma hora 3 600s A título de exemplo vamos considerar um chuvei ro que quando ligado em uma instalação de 220 volts V opera com potência de 2000W 2kW Caso você tome um banho de 05 h 30min 1800 s o consumo de energia correspondente será de C 2000W1800s 3 600 000 J ou C 2kW05h 1 kWh Assim podemos escrever 1kWh 3 600 000 J Considerando nossas atividades cotidianas Ta bela 1 verificamos que mesmo dormindo nosso organismo consome cerca de 100 kcalh A kcal é uma unidade de energia que se rela ciona com o joule por 1 kcal 4 000 J Como em uma hora temos 3 600 s esse nosso consumo de energia pode também ser expresso por 100 4 0003 600 111 W isto é quando dormimos nosso organismo gasta a mesma energia de uma lâmpada de 100W perma nentemente acesa Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code Piqueira e Brunoro escreveram um texto sobre as principais questões relativas ao uso da ener gia e como seu uso e consumo se relacionam à vida e à sustentabilidade no nosso planeta Além disso abordam possíveis consequências do uso de energia proveniente de combustíveis fósseis para o clima na Terra Para saber mais acesse httpswww researchgatenetpublication266247679 ENERGIAusogeracaoeimpactosambientais Nesta unidade procuramos apresentar uma ideia de como a criatividade humana e a ob servação da natureza nos levou ao progresso tecnológico e como é possível manter a vida e preservar os recursos naturais disponíveis Essa missão da espécie humana só é possível com a boa Engenharia associada ao amplo conheci mento das formas de energia disponíveis e de seu bom uso 32 Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 1 O abrigo do homem préhistórico em cavernas além da proteção contra espécies predadoras proporcionava a Conservação da energia térmica b Aquecimento c Resfriamento d Trocas de calor rápidas e Aquecimento brusco 2 Os egípcios se destacaram nas engenharias a Civil e Mecânica b Civil e Naval c Elétrica e Civil d Mecânica e Hidráulica e Naval e Mecânica 3 Os tijolos dos egípcios eram a Poligonais b Arredondados c Com formato semelhante aos atuais d Hexagonais e Poligonal 4 Para os gregos a Arquitetura era a Uma arte b Um trabalho repetitivo c Um passeio pela imaginação d Um retorno ao mar e Um retorno à Terra 33 5 A ordem Dórica representa a Fome b Pressão c Dor de cabeça d Ação impulsiva e Pensamento 6 Os monumentos e as obras das civilizações egípcia e grega se fundamentavam a Nas leis de Newton b Nas equações de Maxwell c Nos fundamentos matemáticos da Geometria d Na prática e na intuição dos trabalhadores e No teorema de Pitágoras 7 A navegação à vela iniciada pelos egípcios e fenícios fazia uso da energia a Química b Eólica c Potencial gravitacional d Eletromagnética e Nuclear 8 Além das técnicas de construção em quais áreas da Engenharia os romanos contribuíram a Transportes e Mecânica b Mecânica e Eletricidade c Transporte e Materiais d Materiais e Mecânica e Termodinâmica e Eletricidade 34 9 O Coliseu obra de referência da civilização romana é usado até hoje como modelo para projetos de a Casas b Prédios c Pontes d Estradas e Estádios 10 A qualidade de vida nas cidades urbanas do Império Romano teve uma melhoria considerável pela introdução de a Luz elétrica b Água potável c Rede de esgotos d Ruas e calçadas e Transporte coletivo 11 As estruturas em arco permitem a Melhor distribuição de peso b Diminuição de peso c Melhor aparência d Diminuição da ação dos ventos e Diminuição da ação das águas 12 O concreto inventado pelos romanos era constituído de a Pó vulcânico tijolo argamassa e água b Pó vulcânico tijolo gesso e água c Tijolo gesso água e óleo d Gesso água pó de licopódio e tijolo e Pó de licopódio água ácido clorídrico e tijolo 35 13 Os aquedutos romanos transportavam água fazendo uso da energia a Cinética b Eólica c Elétrica d Potencial Gravitacional e Nuclear 14 Os dois aspectos vitais para a espécie humana envolvidos na concepção dos aquedutos são a Água e Energia b Água e Ar c Ar e Energia d Oxigênio e Água e Oxigênio e Energia 15 Além das aplicações de higiene proporcionadas pelos aquedutos seus principais benefícios envolviam a Agricultura e Pecuária b Pecuária e Mineração c Mineração e Agricultura d Pecuária e Qualidade do ar e Qualidade do ar e Mineração 16 Obtenha a relação de transformação de kWh para J 17 Quantos kWh por dia gasta o homem tecnológico Quanto gastava o homem agrícola primitivo Considere 1cal 4J 18 Com base na Figura 13 Energia e qualidade de vida compare aproximada mente o consumo anual de energia per capita de um país com mortalidade infantil de 10 mortes por 1 000 nascimentos com outro de 40 mortes a cada 1 000 nascimentos 36 19 Considere os seguintes dados a respeito da energia elétrica no Brasil fornecidos pelo IBGE Custo por kWh R 018 Número de chuveiros elétricos 28 000 000 Número médio de pessoas por residência 36 Tempo médio para um banho 8 minutos Potência média do chuveiro 4kW a Considerando que cada pessoa toma um banho por dia qual o consumo médio mensal de energia por residência b Compare o valor obtido no item anterior com os 100 kWh dados como limite mensal por pessoa pelos órgãos governamentais c Qual o consumo nacional anual em kWh considerando apenas o gasto com banhos d Se uma residência tem além do chuveiro 3 lâmpadas de 100 W 1 hora por dia uma geladeira de 300 W 8 horas por dia e um ferro de passar roupa de 500 W 1 hora por dia qual será o custo mensal da conta considerando que o consumo acima de 200 kWh é sobretaxado em 50 e Considerando que uma termelétrica emite 100 g de CO2 por kWh quantas to neladas desse gás seriam emitidas por ano se toda a energia relativa a banhos do Brasil passasse a ser gerada dessa maneira 37 Energia Meio Ambiente Desenvolvimento Autor José Goldemberg e Osvaldo Lucon Editora Edusp Sinopse o papel da energia no desenvolvimento é bem conhecido assim como o seu papel como uma das principais causa da degradação ambiental Contudo a interrelação energiadesenvolvimentomeio ambiente não é adequadamente analisada pelo material bibliográfico convencional e esta é a principal inovação deste livro O livro discute inicialmente o conceito de energia em seguida aborda sua relação com as principais atividades humanas como os recursos naturais existentes e com os indicadores de desenvolvimento Discute também os principais problemas ambientais suas causas e possíveis soluções Com esses diagnósticos classifica as fontes e os usos finais de energia apresentando ten dências futuras e soluções tecnológicas políticas e comportamentais para os problemas de sustentabilidade ambiental econômica e social Tal abordagem é resultado de vários anos de estudos e experiência dos autores no ensino bem como na formulação discussão e implantação de políticas públicas relativas ao tema LIVRO PETCivil O blog PETCivil da UFJF é um trabalho de ótima qualidade realizado por alunos dessa instituição tratando de maneira interessante as questões históricas da Engenharia Para boas leituras sobre História da Engenharia consulteo httpsblogdopetcivilcom WEB 38 BAZZO W A PEREIRA L T V Introdução à engenharia Florianópolis UFSC 2000 PIQUEIRA J R C Reflexões sobre história do ensino de Engenharia Porvir Inovações em Educação 2014 Disponível em httpporvirorgreflexoessobrehistoriaensinodeengenharia PIQUEIRA J R C BRUNORO C M Energia uso geração e impactos ambientais São Paulo Editora Anglo 2000 Disponível em httpswwwresearchgatenetpublication266247679ENERGIAusogeracaoeim pactosambientais Acesso em 06 nov 2017 SABINO R História da Engenharia A Grécia antiga 2015 Disponível em httpsblogdopetcivil com20150601historiadaengenhariaagreciaantigaAcesso em 06 nov 2017 GOLDEMBERG J Energia Meio Ambiente e Desenvolvimento São Paulo EDUSP 1998 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpscpalexandriawordpresscom20120213definicaocontemporaneadeprehistoria Acesso em 06 nov 2017 2Em httprhistoriazblogspotcom201306historiageraliprehistoriahtml Acesso em 06 nov 2017 3Em httpwwwportalconsularitamaratygovbrseudestinoegito Acesso em 06 nov 2017 4Em httpsblogdopetcivilcom20160926historiadaengenhariaromaantiga Acesso em 06 nov 2017 5Em httpsptwikipediaorgwikiRimini Acesso em 06 nov 2017 6Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommonsdd8PontduGardOct2007jpg Acesso em 06 nov 2017 7Em httpswwwinfoescolacomhistoriaaquedutosromanos Acesso em 06 nov 2017 39 1 O abrigo do homem préhistórico em cavernas além da proteção contra espécies predadoras proporcionava conservação da energia térmica isolando o ambiente Alternativa A 2 Os Egípcios se destacaram nas engenharias Civil e Naval Alternativa B 3 Os tijolos dos egípcios eram com formato semelhante aos atuais Alternativa C 4 Para os gregos a Arquitetura era uma arte Alternativa A 5 A ordem Dórica representa pensamento Alternativa E 6 Os monumentos e obras da civilização Egípcia se fundamentavam nos fundamentos matemáticos da Geometria Alternativa C 7 A navegação à vela iniciada pelos Egípcios e Fenícios fazia uso da energia Eólica Al ternativa B 8 Além das técnicas de construção em quais áreas de Engenharia os romanos contribuí ram transporte e materiais Alternativa C 9 O Coliseu obra de referência da civilização romana é usado até hoje como modelo para projetos de estádios Alternativa E 10 A qualidade de vida nas cidades urbanas teve uma melhoria considerável pela introdução de ruas e calçadas Alternativa D 11 As estruturas em arco permitem melhor distribuição de peso Alternativa A 12 O concreto inventado pelos romanos era constituído de pó vulcânico tijolo gesso e água Alternativa B 13 Os aquedutos romanos transportavam água fazendo uso da energia Potencial Gravi tacional Alternativa D 14 Os dois aspectos vitais para a espécie humana envolvidos na concepção dos aquedutos são água e energia Alternativa A 15 Além das aplicações de higiene proporcionadas pelos aquedutos seus principais bene fícios envolviam mineração e agricultura Alternativa C 16 36 106J 17 Homem tecnológico 255 kWh homem agrícola primitivo 133 kWh 18 A energia gasta per capita em um país de 10 mortes por 1000 nascimentos é 12 vezes maior que a gasta por um de 40 mortes por 1000 nascimentos 19 a 576 kWh b 16 do total proposto são gastos só com banhos sobrando R 8400 ou seja 3024 kWh para o restante das atividades c 191010 kWh d R 2765 desconsiderandose os impostos e 19106 toneladas Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Compreender que a Engenharia embora essencial para o desenvolvimento humano até o final do século XVII era considerada tarefa de artesãos e operários e de pouco valor intelectual Compreender que a Engenharia até o século XVII era exercida com extrema habilidade artesanal guiada pela intuição e pela experiência Entender que nessa época Filosofia e Ciência eram con sideradas atividades intelectuais nobres e de pouca in fluência na Engenharia Entender como as atividades expansionistas de reis e imperadores incentivaram as primeiras escolas militares para o ensino da Engenharia ainda como prática artesanal Verificar como a corrente filosófica do Positivismo apro ximou a Engenharia das Ciências Básicas que passou a utilizar os princípios da Física e da Matemática de maneira sistematizada Verificar o surgimento e difusão das Escolas Politécnicas trabalhando a combinação dos conhecimentos científicos com a habilidade tecnológica O construtor visto como operário A Ciência e a Filosofia O Positivismo O Positivismo e as Escolas Politécnicas As Academias Militares e Escolas Navais como precursoras das Escolas de Engenharia Dr José Roberto Castilho Piqueira A Engenharia como Atividade Artesanal e o Surgimento das Primeiras Escolas O Construtor Visto como Operário Ao final da Idade Média havia um grande conhe cimento acumulado relativo às técnicas e mate riais de construção Essas atividades de constru ção eram exercidas por operários planejadas por aqueles que detinham conhecimento intuitivo e originário da prática Olá alunoa conforme você pôde notar na unida de anterior a Engenharia sempre esteve associada à criatividade e à intuição humana que levou à con cepção das maravilhas já descritas A invenção da roda o transporte do fogo e o fogo moldando me tais são descobertas que garantiram a evolução da espécie Pirâmides egípcias colunas gregas aque dutos romanos são exemplos de engenhosidade e de entendimento intuitivo das forças da natureza Além disso embora haja registros históricos dos faraós associados às pirâmides dos impera dores gregos e romanos associados às obras de Arquitetura e Engenharia preciosas e duradouras 43 UNIDADE II não se sabe ao certo quem as concebeu projetou ou construiu As pirâmides por exemplo são obras tão impressionantes que há até quem diga que fo ram construídas por extraterrestres Entretanto arqueólogos afirmam que as pirâmides foram construídas por trabalhadores livres e assalariados supervisionados e orientados por operários mais experientes não havendo registro de papiros ou pinturas indicando planejamento prévio Na mesma linha embora haja registros e lou vores aos autores e intérpretes do teatro grego pouco se sabe sobre aqueles que conceberam e realizaram as obras de seus espaços físicos eternos trabalhos de engenharia e exemplos para constru ção de estádios e arenas até hoje Sobre o teatro de Epidauro sabese que o es cultor e arquiteto Policleto o concebeu indicando os primeiros sinais do surgimento da profissão Entretanto não há registros de planejamento ou de evolução da construção que era realizada por operários humildes Considerando os feitos ro manos representados pela invenção do concreto e pela concepção das estruturas em arco tam bém não há registro de seus criadores Estradas e aquedutos foram implementados por engenheiros anônimos que com a pouca Matemática que ti nham à mão produziram essas maravilhas Filosofia Arte e Literatura se desenvolveram e eternizaram os nomes de seus autores como ine gáveis geradores do saber humano em espaços concebidos e construídos por trabalhadores e operários pouco lembrados Esse conhecimen to acumulado acrescido de diversas descobertas científicas passou a fazer parte do conjunto de segredos dominados por entidades poderosas durante a Idade Média É o final do século XVII entre o Renascimento e o Iluminismo que traz nova concepção de Engenharia fundamentada no progresso científico e sua utilização para resolver problemas práticos e projetar máquinas Ficou claro que ao longo dos eventos aqui des critos as construções foram pensadas e realizadas a partir de uma apurada observação da natureza com pouco uso do que chamamos de conheci mento científico Tentando ilustrar essa notável habilidade vamos entender como as pedras ma terial básico da construção ficavam unidas ao serem assentadas Sobre as pirâmides do Egito As pirâmides do Egito exercem um fascínio natural sobre as pessoas em geral por sua grandeza e pelo conteúdo místico associado Para um engenheiro fica a pergunta Como foram projetadas e construí das O site indicado traz informações sobre a História do Egito e em particular sobre as pirâmides Acesse o link disponível em httpwwwegiptocombrsegredospiramidesegito Sobre o teatro grego Como uma construção da antiguidade apresenta acústica tão boa como as construções modernas sem os equipamentos hoje disponíveis Os teatros gregos são construídos com engenhosidade admirável O site indicado traz interessantes noções sobre a História da Arquitetura e sobre as construções gregas Acesse o link disponível em httphistoriaearquiteturablogspotcombr201201teatrodeepidauro greciahtml 44 A engenharia como atividade artesanal e o surgimento das primeiras escolas Civilizações diferentes deram soluções diver sas e criativas para o problema Os romanos como já vimos desenvolveram o cimento que servia de liga entre as partes e além disso ali sado embelezava as áreas externas Figura 1 Figura 2 Pedras em construção INCA Figura 1 Parede romana Os Incas no século XV construíram na América do Sul fortalezas usando imensas pedras encai xadas geometricamente de maneira tão perfeita que até hoje não se sabe como os cortes das pe dras eram feitos com tanta precisão Figura 2 45 UNIDADE II A Ciência e a Filosofia O século XVII marca na Engenharia a passagem do uso de ferramentas totalmente empíricas para os métodos de projeto fundamentados nas leis da natureza Os primeiros relatos da sistematização do conhe cimento humano datam da Grécia Antiga e são relacionados à Filosofia idealista de Platão com plementadas por Aristóteles que atribui à Natureza leis que regem seu funcionamento BUNGE 2017 Ao longo do tempo nas civilizações egípcia grega e romana os estudos filosóficos implica ram as primeiras descobertas da Matemática e alguns desenvolvimentos iniciais de leis relativas às Ciências da Natureza Havia na formulação dessas leis uma forte dose de empirismo e uma sistematização ainda incipiente o que não impedia que os artífices artesãos e operários se aproprias sem desse conhecimento e combinandoos com a prática construíssem as grandes obras já descritas 46 A engenharia como atividade artesanal e o surgimento das primeiras escolas Apesar da distância social e das diferenças de costumes entre o mundo dos filósofos e dos operários da construção os esgotos teatros pa lácios estradas pontes e engenhos de guerra fo ram construídos baseados no saber científico que começava a se concretizar Na Grécia Clássica os conhecimentos de Matemática de algumas escolas filosóficas serviram para desenvolver a Mecânica e diminuir o trabalho manual SCHNAID et al 2006 Por exemplo roldanas Figura 3 facilita ram transporte de materiais em construções e navios enquanto que moinhos Figura 4 viabi lizaram a produção de alimentos Atualmente o uso de roldanas é geral e aplicável às mais diversas atividades que requerem multipli cação e controle de forças como aparelhos utiliza dos para condicionamento físico No final da Idade Média a ciência procurou buscar explicações para os fenômenos mais pró ximos da natureza afastandose um pouco do mundo das ideias de Platão e comprovando essas explicações experimentalmente A consequência disso é que teorias formuladas e comprovadas permitiram o aparecimento da engenharia com projetos fundamentados em cálculos baseados nos princípios enunciados pela ciência Esses princípios descrevem os fenômenos e predizem comportamentos de sistemas que permitem as prescrições isto é escolhas de parâmetros e gran dezas físicas que levam a resultados esperados Figura 3 Exemplo do uso de roldanas 47 UNIDADE II Um exemplo de projeto Vamos considerar os seguintes pressupostos originários da Física a respeito da energia potencial gravitacional A energia potencial gravitacional associada a um corpo de massa m elevado a uma altura h é dada por Epg mgh Nessa expressão m é a massa da caixa em quilogramas kg g é a aceleração da gravidade em metro por segundo ms2 e h é a altura em relação ao solo em metros m Com essas unidades a energia potencial gravitacional é dada em Joules J Quando se trata de estudar processos de transformação de energia usase o conceito de potência medida em watts W e definida como energia por unidade de tempo A densidade de um corpo é sua massa por unidade de volume A vazão de um curso dágua é dada pelo volume por unidade de tempo Consideremos agora o seguinte problema de engenharia Na idade do homem agrícola avançado considere uma po pulação de 1000 pessoas Suponha que a energia a ser fornecida para essas pessoas seja proveniente de uma queda dágua com vazão 2 m3s Sabendose que a densi dade da água é de 1kgL 1000 kg m3 Qual a altura mínima necessária para a queda dágua Figura 4 Moinho de Vento Exemplo de funcionamento de roldana 48 A engenharia como atividade artesanal e o surgimento das primeiras escolas Estágios de desenvolvimento e consumo de energia Alimentação Homem tecnológico 230 77 20 12 6 2 Homem industrial Homem agrícola avançado Homem agrícola primitivo Homem caçador Energia total consumida per capita mil kcaldia Homem primitivo Consumo diário per capita mil kcal 0 50 100 150 200 Moradia e comércio Indústria e agricultura Transporte Figura 5 Desenvolvimento e consumo de energia Fonte Goldemberg 1998 O primeiro passo a ser dado no projeto é determinar qual é a necessidade Neste caso qual é a potência necessária para fornecer a energia necessária à população Como se trata do homem agrícola avançado consultando a Figura 5 verificamos que o consumo individual de energia é 20000 kcal dia e como são 1000 pessoas chegamos a um consumo mínimo necessário de 20000000 kcaldia O valor obtido precisa ser convertido para unidades do Sistema Internacional SI isto é kcal deve ser convertido em joule J e dia em segundo s Se 1 kcal 1000 cal então 20000000 kcal 20000000000 cal Sabemos que 1 cal 4 J Dessa forma 20000000000 cal 80000000000 J Um dia possui 24h e 1h 3600 s Sendo assim 1 dia 24h3600s 86400s Logo a potência mínima necessária para atender à população de 1000 pessoas será de P 8000000000086400 925925925 W Ou P 926 kW O segundo passo é verificar se a necessidade pode ser aten dida isto é se a potência disponível na queda dágua pode atingir 926 kW 49 UNIDADE II Agora é a hora de usar a Física isto é calcular a potência P como energia potencial gravitacional por unidade de tempo P Epg t Se Epg mgh então P mgh t Sabendo que densidade d massa m vo lume V e que vazão Q volume V variação de tempo t então temos que P dQgh Agora temos que P deve ser maior que 926 kW Substituindo esse fato e os dados numéricos fornecidos pelo problema temos dQgh 926 kW 1000210h 926 kW h 926000 20000 h 463 m Imagine o homem caçador isto é alguém cujo consumo de energia era equivalente a 6 000 kcal por dia A potência em watts W relativa a esse consumo de energia é dada por 6 000 4 000 24 3 600 278 W isto é esse consumo é equivalente ao consumo de 3 lâmpa das de 100W acesas Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code Uma das principais fontes de energia é a prove niente das quedas dágua No Brasil é a fonte mais significativa para a composição da matriz energética O site indicado traz dados técnicos relevantes sobre as usinas hidrelétricas Acesse o link disponível em httpmasterenergia combrindexphpinformacoestecnicas78como mediraenergiahidraulicaehidreletrica Nos séculos XVII e XVIII os reinados e as nações hegemônicas criaram escolas para o estudo siste mático de técnicas de construção voltadas para o uso militar As academias militares são as pre cursoras das escolas de Engenharia Conforme consta em Piqueira 2014 online A atividade da engenharia era vista como intelectualmente menor própria dos artífices e artesãos que passavam seu conhecimento sem preocupação com sistematização ou me todologia Pertencia ao mundo dos trabalha dores braçais e os intelectuais preocupavam se com questões filosóficas e metafísicas Os exércitos entretanto perceberam a im portância da engenharia para as batalhas e a arte de construir passou a ser sistematizada com seu ensino incorporado ao treinamen As Academias Militares e Escolas Navais como Precursoras das Escolas de Engenharia 51 UNIDADE II to de oficiais de maior patente As escolas de navegação foram decisivas para os descobrimentos nos séculos XV e XVI O domínio das técnicas de construção naval e da prática de conduzir navios tornouse essencial para as nações que procuravam expandir suas fronteiras e buscar riquezas Essa era a engenharia até o final do século XVII técnicas de construção de pontes du tos armas e navios reproduzindo os traços empíricos herdados das gerações anteriores restritas ao âmbito militar Nessa época as Leis de Newton que haviam sido propostas no início do século 18 deixa ram de ser vistas como filosofia da natureza sendo incorporadas aos trabalhos de enge nharia que ganharam contornos de projetos com as construções sendo pensadas com abordagem baseada nos saberes científicos Em Portugal uma das nações hegemônicas da época existia a chamada Aula de Fortificação e Arquitetura Militar escola de engenharia militar criada no século XVII e transformada no século XVIII na Academia Militar da Corte Em Ma drid a Academia de Matemáticas y Arquitectura foi criada como sucessora da Escola de Moços Fidalgos do Paço da Ribeira A Guerra da Restauração da Independência Portuguesa 16401668 gerou a necessidade da criação de uma Academia de Arquitetura Militar fundada em 1647 por decreto de João IV de Por tugal Essa academia era localizada em Lisboa e nela eram lecionadas Matemática e Fortificação sendo considerada uma das precursoras do ensino superior militar e do ensino da engenharia no país No Brasil as seguintes instituições foram formadas Em Salvador na capitania da Bahia a Es cola de Artilharia e Arquitetura Militar 1696 Na cidade do Rio de Janeiro a Aula das Fortificações e Arquitetura 1698 Em Portugal no ano de 1701 foi criada também uma Escola na cidade de Viana do Castelo que teve uma ação expressiva nas cidades fortifica das do Norte do país Em 1707 essa Escola foi transformada na Academia Militar da Corte encerrada em 1779 Em 1790 a Academia Real de Fortificação Artilharia e Desenho passa a exercer importante papel no desenvolvimento da arquitetura e construção naval Nesse contexto nasceu a primeira escola bra sileira considerada de nível superior a Escola Naval No início do século 19 Dom João VI ao transferir a corte portuguesa para o Brasil trouxe a Escola Naval de Portugal que aqui se estabeleceu formando oficiais de alto nível até os dias de hoje A Engenharia brasileira tem na sua origem for tes laços com as instituições militares O trabalho constante do site a seguir é uma ótima referên cia para entender como essa relação se deu Acesse o link disponível em httpwww cporpaebmilbrimages2016inthistmilUDIV ApostilaHistoriaMilitarBrasileiraCap6pdf O progresso tecnológico experimentado a partir do século XVIII originase na adoção do método científico proposto por Galileu e resumido na frase A natureza é como um livro que se lê com caracteres matemáticos Galileu Galilei Conforme pudemos observar neste histórico da En genharia da Antiguidade até o início do século XVII a atividade de construir e modificar o meio que nos cerca buscando o conforto e a melhoria da qualida de de vida da espécie humana seguiu sempre uma perspectiva naturalista guiada por um fio condutor racionalista na interpretação dos fenômenos naturais Essa perspectiva filosófica deixa claro que a Engenharia seguiu sempre os passos da razão descoberta na Grécia antiga trazendo à tona os princípios da ciência e da metafísica Observando racionalmente a natureza o ser humano foi capaz de construir verdadeiras maravilhas roteiro que se interrompeu na Idade Média período em que a ra zão se submeteu à religião Tal submissão tornou o conhecimento uma propriedade de uma instituição que dele se serviu para progredir e dominar dei xando que o restante se submetesse à degradação O Positivismo 53 UNIDADE II O novo despertar da razão e a revolução científica ocorreram com o Iluminismo entre os séculos XVII e XIX A revolução científica se dá pelo embate entre racionalistas e empiristas O empirismo é represen tado por Bacon 15611626 Locke 16321704 e Hume 17111776 que acreditavam que a única fonte de conhecimento é a experiência Figura 6 Figura 6 Bacon Locke e Hume empiristas Figura 7 Descartes e Leibniz racionalistas Descartes Leibniz Figura 8 Galileu Galilei Galileu RACIONALISTAS EMPIRISTAS MÉTODO CIENTÍFICO Descartes 15961650 e Leibniz 16461716 re presentavam o racionalismo e propunham que o conhecimento se caracterizava por ideias inatas e a metodologia a ser aplicada deveria ser sempre o questionamento metódico e crítico das fontes de conhecimento Figura 7 Apesar do embate metodológico empirismora cionalismo os resultados são tentativas de traçar modelos para a natureza Devese a Galileu 15641642 Figura 8 a combi nação das duas metodologias resumidas a seguir como método científico Locke Hume Bacon 54 A engenharia como atividade artesanal e o surgimento das primeiras escolas O conceito de mente estruturadora com refe rências objetivas passou a ser um importante pa radigma filosófico que combinado com o avanço científico da época levou a perspectivas de refor mulação social e progresso expressas por Augusto Comte 17981857 em seu positivismo Figura 10 Comte acreditava na reforma da sociedade pela reformulação das mentes e pela revolução científica Teríamos uma revolução pacífica li derada por especialistas educados pelo método científico Os positivistas propõem que a teoria seja for temente baseada na prática com a matematiza ção das experiências sem problematizar qualquer questão a respeito do conhecimento Esse foi o mote para a criação de um grande número de escolas de engenharia em todo mundo entre 1700 e 1900 com a crença de que o apren dizado matemático suportado por leis e regras vindas da experimentação criaria uma sociedade mais livre e independente vivendo com conforto Figura 10 Augusto Comte Comte Figura 9 Immanuel Kant e Crítica da Razão Pura Kant Passos do método científico segundo Galileu Conceber uma ideia razão Montar uma experiência empirismo e traduzila em caracteres matemáticos ra zão e empirismo Observar os resultados empirismo e comparálos com as hipóteses razão e empirismo Formular leis empirismo e razão Nesse contexto a ciência passou por um progresso tão grande que trouxe à baila importantes ques tões filosóficas que aparecem no trabalho de Kant 17241804 em sua obra seminal Crítica da Ra zão Pura Figura 9 O ponto central da contribuição de Kant é a separação estabelecida entre o conhecimento e a metafísica retomando o conceito de sujeito estabelecido por Descartes e a possibilidade de estabelecer um sujeito associado a um conheci mento objetivo 55 UNIDADE II Embora no âmbito militar já houvesse educação em engenharia para oficiais graduados a possi bilidade da ampliação de sua metodologia para aplicações do cotidiano no contexto aqui descrito levou à criação de Escolas de Engenharia para a população civil voltada para as elites sociais a serem convertidas em lideranças das reformas Vários cientistas franceses tais como Poisson Navier Coriolis Poncelet e Monge contribuíram para a definição de uma abordagem tecnológica com fundamento científico resultando na fun dação em Paris em 1794 da École Polytechnique Escola Politécnica que tinha como finalidade formar lideranças para o novo modelo social a ser implantado Entretanto em 1747 havia sido criada tam bém na França aquela que é considerada a pri meira Escola de Engenharia do mundo a École des Ponts et Chaussées Escola de Engenharia Civil que se diferenciava da École Polytechnique por formar especialistas em problemas de Enge nharia independentemente de modelos sociais Era o Positivismo transformando os enge nheiros de operários e artífices da construção em protagonistas das mudanças sociais do mundo moderno O Positivismo teve forte influência na Engenharia do século XVIII levando a Ciência para a práxis tecnológica Para conhecer uma interessante visão do assunto acesse o link httpvivianes blogspotcom201104discussaosobre abordagempositivistahtml O método científico de Galileu e a postura de busca da verdade na natureza são os principais responsáveis pelo progresso da Engenharia O positivismo incentivou o ensino da técnica aliada à ciência desenvolvendo o ensino da Engenharia em todo mundo no século XIX O desenvolvimento da ciência e da tecnologia nesse período em áreas como extração de miné rios siderurgia e metalurgia além das construções de pontes e canais foi notável trazendo como consequência a necessidade do amplo domínio dessas áreas Essa necessidade foi responsável pela criação das três primeiras escolas de Engenharia fora do âmbito militar École des Ponts et Chaussées fundada em 1747 na França de caráter prático e vol tada para as construções O Positivismo e as Escolas Politécnicas 57 UNIDADE II École Polytechnique fundada em 1794 na França de caráter mais teórico e des tinada à formação de pesquisadores em Engenharia École de Mines fundada em 1783 na Fran ça de caráter prático e destinada à explo ração de recursos minerais É a Engenharia vista agora como profissão dig na de respeito intelectual e aliada ao Positivis mo que levou à disseminação das chamadas Escolas Politécnicas na Europa e na América do Norte São exemplos disso as Escolas Politécnicas de Praga 1806 Viena 1815 Kerlsruche 1825 Munique 1827 Entre as escolas europeias a de maior importância foi a de Zurique 1854 Nos Estados Unidos os principais exemplos são o Car negie Institute of Technology 1905 o Califórnia Institute of Technology 1919 e o MIT Massa chusetts Institute of Technology 1865 De uma maneira geral eram institutos eliti zados e voltados para as bases do positivismo formar os dirigentes da nova sociedade Conside rando o panorama brasileiro podese afirmar que a primeira Escola de Engenharia nãomilitar foi a Escola de Minas de Ouro Preto em 1876 no mes mo padrão da École de Mines de Paris atendendo os interesses da Monarquia e voltada à exploração das riquezas minerais de nosso território No Rio de Janeiro instalouse em 1858 a Es cola Central de origem militar Academia Real Militar destinada exclusivamente à formação de engenheiros militares e de um pequeno número de civis ligados à elite monarquista Em São Paulo os últimos anos do século XIX assistiam ao grande crescimento econômico ori ginário da cultura do café Os jovens das famílias cafeeiras iam para a Europa realizar seus estudos Entre esses jovens abastados estava Antônio Francisco de Paula Souza 18431917 Figura 11 que estudou Engenharia na Alemanha e na Suíça De volta ao Brasil com espírito liberal e republi cano aboliu a escravatura em suas propriedades antes da Lei Áurea e contagiado pelo Positivismo sonhou a criação de uma escola de Engenharia que promovesse o progresso tecnológico e eco nômico da população brasileira Figura 11 Antônio Francisco de Paula Souza Fonte Instituto de Pesquisas Tecnológicas 2017 online1 Figura 12 Teodoro Sampaio Fonte Engenheiro de Vida 2014 online2 58 A engenharia como atividade artesanal e o surgimento das primeiras escolas Aliado a Teodoro Sampaio Figura 12 apresen tou seu projeto de Escola à Assembleia Legislativa do Estado de São Paulo sendo diariamente com batido por Euclydes de Cunha que em artigos publicados em importante jornal paulista quali ficava o projeto de mirabolante e desnecessário Como consequência o projeto de Paula Souza e Teodoro Sampaio foi reprovado em sua primeira proposição Depois de dois anos de trabalho e negociações a Assembleia Legislativa de São Pau lo regulamentou em setembro de 1893 a Escola Politécnica de São Paulo Outro grupo positivista brasileiro importante surgiu no Rio Grande do Sul e fundou a Escola de Engenharia de Porto Alegre em 1896 Essa escola forneceu parte significativa dos quadros técnicos das secretarias e agências do estado nas décadas seguintes notadamente da Secretaria dos Negócios e de Obras Públicas Duas outras Escolas Politécnicas foram cria das no Brasil dentro do movimento positivista Bahia 1897 e Pernambuco 1912 As Escolas Politécnicas a Escola Central do Rio de Janeiro e a Escola de Minas são responsáveis por muito do progresso experimentado pelo Brasil no século XX servindo de modelo e de suporte para outras excelentes escolas hoje existentes Nesta unidade apresentamos como a Enge nharia passou a adotar os conhecimentos cien tíficos em suas atividades de natureza tecnoló gica dando início às atividades de formação dos primeiros Engenheiros inicialmente no âmbito militar e posteriormente no civil Um resumo histórico do aparecimento das primeiras escolas de Engenharia no Brasil e no mundo mostrou a atividade do Engenheiro como elemento transformador da natureza em benefício da sociedade Para saber mais sobre Engenharia e Positivismo no Brasil leia Positivistas e republicanos os professores da Escola de Engenharia de Porto Alegre entre a atividade política e a administração pública 1896 1930 de Flávio Heinz disponível em httpobservatoryelitesorgwpcontentuploads201111 HeinzPositivistaserepublicanospdf 59 1 As pirâmides do Egito foram construídas por a Escravos dos faraós b Extraterrestres c Sacerdotes d Trabalhadores assalariados e Escravos estrangeiros 2 Os teatros gregos servem de modelo para a Projetos de residência b Projetos de estádios c Projetos de salas de estudo d Projetos de tribunais de júri e Projetos de áreas de recreação 3 Na Grécia e Roma Antigas a concepção das construções era feita por a Senadores b Imperadores c Engenheiros d Pintores e Arquitetos 4 Os dispositivos mecânicos desenvolvidos na Antiguidade fundamentados na geometria foram a Roldanas e catapultas b Roldanas e balões aferidos c Guindastes e catapultas d Carregadores e roldanas e Moinhos e válvulas hidráulicas Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 60 5 MACKENZIE Sendo de 180 m3 por minuto a vazão de uma cascata e tendo a água a velocidade de 4 ms qual a potência hidráulica desenvolvida por essa cascata 6 Nos séculos XVI e XVII o progresso da Engenharia é majoritariamente devido a À construção de estradas entre reinos b Às grandes navegações c À independência das nações americanas d Ao comércio de especiarias entre a Europa e a América e À construção de redes de esgotos 7 A primeira escola militar brasileira foi estabelecida em a Pernambuco b São Paulo c Bahia d Rio de Janeiro e Rio Grande do Sul 8 Para o empirismo a única fonte legítima de conhecimento é a O cérebro humano b Qualquer rede de neurônios c O universo dos números d A experiência e O raciocínio lógico 9 São representantes da filosofia empirista a Locke Hume e Bacon b Locke Descartes e Bacon c Descartes Hume e Bacon d Locke Hume e Kant e Kant Descartes e Galileu 61 10 A filosofia racionalista diz que a única fonte legítima de conhecimento é a A experiência b O raciocínio c As leis religiosas préestabelecidas d Os escritores consagrados e O trabalho braçal 11 Os principais filósofos representantes do Racionalismo foram a Leibniz e Cauchy b Einstein e Descartes c Galileu e Leibniz d Eistein e Bohr e Leibniz e Descartes 12 O método científico de Galileu é a Empirista b Racionalista c Religioso d Uma combinação de Empirismo com Racionalismo e Baseado nas Sagradas Escrituras 13 As primeiras escolas de engenharia nãomilitares foram criadas na a Inglaterra b França c Noruega d Suíça e Holanda 62 14 O grande progresso da Engenharia no século XIX se deve a Ao ensino de filosofia b Ao ensino de literatura c Ao ensino aliando teoria e prática d Ao trabalho de campo e À disciplina nas escolas militares 15 A Escola de Engenharia de Ouro Preto foi criada para desenvolver a Os transportes b A construção de moradias c A geração de energia d A exploração de recursos minerais e A agricultura 63 Ensino de Engenharia do positivismo à construção de mudanças para o século XXI Autor Fernando Schnaid Milton Antônio Zaro Maria Izabel Timm Editora UFRGSEditora Sinopse o livro é uma coletânea de artigos organizados pelo núcleo de ensino de Engenharia da UFRGS Seu conteúdo é dividido em dois grandes blocos Parte I A formação de engenheiro desafios históricos culturais e filosóficos Parte II Tecnologias educacionais e ensino a distância e seu uso no ensino de Engenharia Comentário textos de excelente qualidade úteis para o jovem estudante e para o orientador em Engenharia LIVRO 64 BUNGE M Matéria e Mente São Paulo Perspectiva 2017 SCHANAID F ZARO M A Timm M I Ensino de Engenharia do positivismo à construção das mudanças para o século XXI Porto Alegre Editora UFRGS 2006 PIQUEIRA J R C Reflexões sobre história do ensino de Engenharia Porvir Inovações em Educação 2014 Disponível em httpporvirorgreflexoessobrehistoriaensinodeengenharia Acesso em 13 nov 2017 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpwwwiptbrinstitucionalcampanhas12personalidadesiptantoniofranciscodepaula souzahtm Acesso em 10 nov 2017 2Em httpengenheirodevidablogspotcombr201411umahomenagemaosengenheirosnegroshtml Acesso em 10 nov 2017 65 1 D 2 B 3 E 4 A 5 24 000 W 6 B 7 C 8 D 9 A 10 B 11 E 12 D 13 B 14 C 15 D Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Discutir como ao longo do século XX a Ciência se com partimentou e como a Engenharia seguiu os mesmos caminhos Mostrar a proliferação de denominações de divisões e subdivisões que influenciou a prática da Engenharia e afetou o desempenho profissional Discutir como as modalidades podem ser agrupadas em grandes áreas Civil Mecânica Elétrica e Química Discutir possíveis divisões de tarefas nas áreas Projeto Execução Operação e Manutenção Discutir de maneira genérica como a construção de um conjunto habitacional envolve as diversas modalidades da Engenharia Divisão de tarefas divisão de competências As Modalidades de Engenharia Divisão de tarefas Integração de tarefas Uma divisão aceitável Dr José Roberto Castilho Piqueira Engenharia do Positivismo à Integração Divisão de Tarefas Divisão de Competências Cientistas contribuem para o entendimento da natureza Engenheiros para modificála em be nefício do ser humano O século XX iniciase com o amadurecimento das engenharias Civil e Mineral e a emergência das engenharias Elétrica e Mecânica Em nossas discussões anteriores insistimos em apresentar a atividade de Engenharia como trans formadora da natureza em benefício da espécie humana e relatamos o fato de que no final do século XIX a atividade de formação e ensino das técnicas de construção obtenção de materiais e de industrialização marcaram o início do reco nhecimento profissional do Engenheiro Vamos então nos aprofundar melhor no en tendimento da função do engenheiro tentando distinguila daquela exercida pelo cientista em 69 UNIDADE III Figura 1a Riacho Figura 1b Córrego canalizado bora a proximidade e superposição entre elas seja de maneira geral inevitável A divisão naturalartificial com a qual nos acostumamos desde nossa infância pode ajudar nessa distinção Grosseiramente consideramos natural aquilo que encontramos à nossa volta cujas existência e formação dependeram apenas de fenômenos da natureza sem a influência do homem Por artificial consideramos aquilo que encontramos e que de alguma maneira seja re sultado da ação humana Um riacho no meio da floresta é um objeto natural Figura 1a um cór rego canalizado artificial Figura 1b Manter a riqueza e a biodiversidade das águas e florestas é tão fundamental para o ser humano como canalizar um córrego viabilizando a vida urbana saudável Esse é o principal papel do en genheiro moderno saber discernir entre o pre servar e o transformar respeitando a vida que nos rodeia No entanto desenvolver a competência e o discernimento do engenheiro só é possível com seu bom entendimento dos fenômenos físicos químicos e biológicos Os Físicos estudam do que a matéria é com posta quais são as leis de interação entre as partes da matéria e como a energia manifestase trans formase e se conserva Já os Químicos com o conhecimento da Física estudam como a matéria se agrupa e se transforma alterando a composição de elementos e substâncias natural ou artificial mente Biólogos munidos da Física e da Química estudam a formação dos seres vivos animais ou plantas de maneira geral Isto é cientistas olham para os objetos procurando respostas sobre como eles se formaram de que são feitos e como se com portam Engenheiros olham para os objetos pen sando em como combinálos para a obtenção de novos objetos e sistemas úteis à sociedade 70 Engenharia do positivismo à integração As ciências à medida que aprofundaram seus conhecimentos foram se fragmentando ao lon go dos séculos XIX e XX a Física em Mecâ nica Clássica Eletromagnetismo Estrutura da Matéria Cosmologia Relatividade Mecânica Quântica a Química em Orgânica Inorgânica Bioquímica FísicoQuímica Química Analí tica a Biologia em Citologia Histologia Ge nética Fisiologia Botânica Zoologia Enfim o conhecimento científico humano progrediu e se acumulou em tal quantidade e qualidade que não há cérebro capaz de nem ao menos enumerar todos os ramos A Engenharia filha da Ciência e sua discí pula passou pelo mesmo processo No início da fase em que além dos militares os civis passaram a estudála final do século XVIII e início do século XIX havia apenas duas modalidades A Engenharia Civil com suas construções pon tes estradas sistemas de abastecimento de águas e coletas de esgoto Figura 2a e a Engenharia Mineral trabalhando a exploração e a obten ção das riquezas minerais transformandoas em matérias para as mais variadas finalidades Figura 2b Um fenômeno ocorrido no século XIX foi a chamada Revolução Industrial originária do uso da máquina a vapor nas indústrias e nos trans portes automatizando processos de produção e criando meios de transporte de massas Figura 3 As máquinas térmicas representadas pelos traba lhos de Sadi Carnot 17961832 aproveitavam os conhecimentos da Termodinâmica e acrescidas das máquinas simples polias talhas alavancas usadas nas construções foram o embrião do que se chama hoje de Engenharia Mecânica Figura 2a Engenharia Civil Ponte Figura 2b Engenharia Mineral Mina de ouro 71 UNIDADE III Figura 5a Engenharia Elétrica Energia Figura 5b Engenharia Elétrica Comunicações Figura 3 Locomotiva a vapor Figura 4 Michael Faraday A descoberta do fenômeno da indução eletromag nética por Michael Faraday 17911867 Figura 4 é outro marco importante na engenharia do final do século XIX A possibilidade da obtenção de correntes elétri cas por variação de fluxo magnético sem conexão física entre circuitos permitiu o desenvolvimento das máquinas elétricas da geração de grandes blo cos de energia elétrica e da transmissão de sinais à distância Chegamos então aos primórdios da engenharia elétrica de Energia Figura 5a e de Comunicações Figura 5b Começa então o século XX com marcantes di visões de trabalho entre a Ciência e a Engenharia o entendimento e a modificação da natureza Na Ciência a Física e a Química dos objetos não vivos a Biologia ocupada com a vida A Engenharia com a Mecânica e a Elétrica desprendendose da Civil e a Mineral aprimorando seus processos metalúrgicos 72 Engenharia do positivismo à integração O século XX foi o século da especialização que gerou grande progresso tecnológico nas diversas áreas da Engenharia A seleção de conquistas do século XX proposta por Neil Armstrong permite entender a presença das diversas modalidades da Engenharia na civilização moderna O século XX assistiu uma hiper especialização em todas as áreas do conhecimento Novas pro fissões surgiram e a Engenharia passou a receber um grande número de adjetivos Essa especiali zação embora tenha gerado grandes progressos afastounos das Ciências básicas trazendo perdas para nossa formação Entretanto falaremos disso no decorrer de nosso percurso pelas próximas unidades Falando um pouco em primeira pessoa consi dero a imensa quantidade de adjetivos utilizados Civil Ambiental Sanitária Mecânica Mecatrônica As Modalidades de Engenharia 73 UNIDADE III Materiais de Alto desempenho Ligas metálicas com propriedades elétricas e me cânicas especiais Figura 7 materiais cerâmicos e materiais semicondutores são pertinentes ao traba lho dos Engenheiros Metalurgistas Engenheiros de Microeletrônica com forte suporte da Engenharia Química e da Engenharia Mecânica de Processos Figura 7 Perfis especiais de aço Tecnologia Nuclear Diferente do que popularmente se apregoa a tec nologia nuclear é de grande valia para o homem não só na geração de energia Figura 8a como na fabricação de fármacos Figura 8b relacio nados ao tratamento de doenças graves além é claro das tecnologias relativas a imagens médicas e odontológicas Elétrica Eletrônica Telecomunicações Automação Computação Química Metalúrgica Materiais Na val Aeronáutica Produção Nuclear e muitos ou tros mera consequência de ações mercadológicas e de reserva de mercado de trabalho Por essa razão de agora em diante falaremos das grandes conquistas da Engenharia no século XX associando a elas possíveis denominações ad jetivos e códigos considerados irrelevantes uma vez que a Engenharia é multidisciplinar na essên cia e se fundamenta no bom uso da Matemática da Física da Química e da Biologia A maior conquista da Engenharia do século XX foi sem dúvida a chegada do homem à Lua em 20 de julho de 1969 Figura 6 As viagens espaciais nos anos 60 eram o grande agende mo tivador dos jovens para a escolha da área de En genharia como profissão Neil Armstrong 19302012 primeiro homem a pisar na Lua em palestra realizada na Academia Nacional de Engenharia em 22 de fevereiro de 2000 apresentou vinte itens considerados por ele as grandes conquistas da Engenharia do século XX Apresentaremos esses pontos agrupados co mentandoos brevemente e os contextualizando no universo de denominações da Engenharia ha bituais no Brasil Figura 6 Neil Armstrong em selo comemorativo 74 Engenharia do positivismo à integração Para regulamentar e dirigir o uso dessas tecnolo gias na área da saúde a formação em Engenharia Biomédica é adequada Engenheiros Civis se en volvem na construção de fundações e edifícios de contenção para os reatores Engenheiros Mecâni cos e Eletricistas projetam os sistemas de troca de calor e energia Cabe aos Engenheiros Químicos e de Materiais os projetos relativos aos chamados combustíveis nucleares que são o ponto de partida dos me canismos energéticos Em algumas escolas de Engenharia estrangeiras e brasileiras há a habilitação de Engenharia Nuclear com noções básicas das Enge nharias citadas enfati zando o projeto insta lação e manutenção das plantas nucleares Essa é uma área de grande atuação dos Físicos que desenvolveram lasers potentes e al tamente controláveis Figura 9a Figura 8b Tecnologia nuclear Fármaco Figura 8a Tecnologia nuclear núcleo de um reator 75 UNIDADE III Os Engenheiros Eletrônicos e Biomédicos conce beram a partir deles equipamentos hospitalares e odontológicos Figura 9b de grande precisão Na área de Telecomunicações os lasers alia dos às fibras ópticas mudaram o mundo da in formação a partir do trabalho dos Engenheiros Eletrônicos e de Telecomunicações Não podemos deixar de citar que dada a pre cisão necessária para a construção das antenas e dos dispositivos ópticos a atuação da Engenharia Mecânica foi também de grande importância Figura 9b Laser Odontológico Figura 9a Laser Controlável 76 Engenharia do positivismo à integração Tecnologias de Petróleo e Gás Os combustíveis fósseis foram e ainda são os res ponsáveis pela matriz energética mundial En genheiros Civis projetam constroem e operam instalações de exploração e refino No final do século XX a exploração de petróleo offshore passou por um grande desenvolvimento empre gando um grande número de Engenheiros Navais no projeto construção e operação de plataformas Figura 10 O armazenamento refino e obtenção das composi ções especificadas para os combustíveis é trabalho dos Engenheiros Químico A cadeia produtiva do setor de petróleo e gás tornouse tão sofisticada que Engenheiros de Produção e Logísticas executam tra balhos de alta sofisticação metodológica para a área Tecnologias de Saúde Engenheiros Mecânicos Eletricistas e Biomédicos constroem equipamentos hospitalares como res piradores tomógrafos laparoscópios equipamen tos de ressonância magnética instrumentos de medição e instrumentos cirúrgicos complemen tando e facilitando o trabalho dos profissionais de saúde Figura 11a Materiais sofisticados para próteses e órteses Figura 11b são desenvolvidos por Engenheiros Mecânicos e de Materiais salvando vidas e recupe rando funções perdidas por acidentes ou doenças Figura 11b Implante de titânio em fratura Os Engenheiros Biomédicos e de Computação têm obtido sucesso na construção de dispositivos fundamentados em inteligência artificial para a recuperação de funções perdidas por lesões me dulares Figura 10 Plataforma de Petróleo Figura 11a Equipamento de respiração mecânica 77 UNIDADE III Figura 12 Eletrodomésticos Eletrodomésticos Ar con dicionado e Refrigeração Rádio e TV Liquidificadores batedeiras fornos de microon das ventiladores aparelhos de ar condicionado fogões sofisticados aparelhos de TV computa dores pessoais máquinas de lavar fazem parte do mundo moderno sendo impensável viver sem eles Figura 12 São produtos da criatividade e da Engenharia que mistura a Eletricidade com a Mecânica in dustrializados em larga escala Tecnologia de Imagens Tomografias ultrassom PETScan passaram a ser correntes na vida dos médicos Técnicas e algorit mos desenvolvidos por Engenheiros de Compu tação e Biomédicos proporcionam diagnósticos precisos por técnicas não invasivas Figura 13a Os mesmos algoritmos invadiram a arte e o entretenimento levando a precisão extrema do processamento digital de sinais aos dispositivos de fotografia e filmagem de uso corrente Figura 13b Figura 13b Câmera fotográfica Figura 13a Diagnóstico 78 Engenharia do positivismo à integração Internet Iniciada por uma rede militar estratégica dos Esta dos Unidos Arpanet mudou a vida das pessoas proporcionando acesso ao mundo da informação em um simples apertar de botão Figura 14 Engenheiros Físicos Matemáticos Cientistas da Computação Biólogos Médicos Economistas Juristas Linguistas colocam o mundo do conhe cimento à disposição de todos em sites blogs e redes sociais Relações de amizade se refazem contatos com entes queridos distantes povoam o novo dia a dia das pessoas Claro que estamos falando só do lado bom da tecnologia A intriga a mentira e a infor mação falsa estão fora da nossa análise Exploração do Espaço Embora não percebamos isso com clareza muitas das facilidades incorporadas ao nosso cotidiano tiveram origem nas viagens espaciais Forno de microondas Velcro GPS e lentes de contato nasceram nas pesquisas aeroespaciais voltadas para as viagens Até mesmo o tratamen to para a osteoporose recebeu relevante contri buição proveniente da análise de tripulantes das viagens Automóvel e Sistema de es tradas de rodagem Os sistemas de estradas não são uma invenção do século XX uma vez que já existiam desde a antiguidade com os romanos Entretanto o aper feiçoamento da fabricação dos automóveis e seu uso maciço como meio de transporte criando novos hábitos de mobilidade proporcionou a necessidade de estradas rodovias com pisos de alta qualidade e medidas de segurança efetivas A Engenharia Mecânica aprimorou os auto móveis Figura 16 e a Engenharia Civil garantiu a evolução da infraestrutura necessária para seu uso Figura 17 Figura 15 Apolo 13 Figura 14 Internet Figura conceitual 79 UNIDADE III Telefone Soa jurássico na época de celulares e tablets lem brar dos telefones fixos de uma única função En tretanto a evolução da telefonia no século XX foi decisiva para que as comunicações transformas sem nosso planeta em uma aldeia global Até os anos 50 as ligações eram feitas manual mente Figura 18a por telefonistas com trans missão analógica quando as centrais automáticas crosspoint eletromecânicas começaram a aparecer Nos anos 60 houve uma evolução para as cen trais eletromecânicas de barras cruzadas cros sbar Figura18b transformando para os pa drões da época a telefonia em confiável e rápido meio de comunicação A qualidade de serviço da Engenharia de Te lecomunicações nos anos 60 era tão satisfatória que nas principais cidades do mundo imensos congestionamentos telefônicos passaram a ocorrer por excesso de usoPara aumentar a capacidade de tráfego das linhas os laboratórios Bell de Nova York conceberam a modulação digital PCM Pulse Code Modulation O novo processo de modula ção a miniaturização da Eletrônica e a evolução dos computadores levaramnos então em menos de 20 anos à integração total dos serviços de co municação Figura 16a 1904 Figura 16b 2017 Figura 17a Rodovia de terra Figura 17b Rodovia Moderna 80 Engenharia do positivismo à integração Computadores e Eletrônica Na primeira metade do século XX os circuitos eletrônicos à válvula tiveram grande desenvolvi mento e impulsionaram a comunicação via rádio marcando o início das Engenharias Eletrônicas e de Telecomunicações Além disso máquinas de computação eletro mecânicas concebidas para a realização de cál culos relativos ao projeto da bomba atômica em Los Álamos USA deram início à implementação efetiva de um computador universal Máquina de Turing Figura 19a PIQUEIRA 2016 O célebre trabalho de von Neumann Figura 19b propondo a arquitetura do computador uni versal VON NEUMANN 1945 marca o início da Engenharia da computação nos moldes que hoje conhecemos A invenção do transistor nos Laboratórios da Bell Telephone por John Bardeen e Walter Houser Brattain em 1947 cuja viabilidade foi demonstrada em 23 de dezembro de 1948 por John Bardeen Walter Houser Brattain e William Bradford Shockley além de garantir a seus in ventores o Nobel de Física em 1956 deu início à chamada era da microeletrônica A invenção dos circuitos integrados por Jack Kilby da Texas Instruments e Robert Noycem da Fairchild Semiconductor em 1958 acelerou a mi niaturização dos circuitos transformando equi pamentos de telecomunicações e computadores em sistemas cada vez mais compactos e amigáveis O resultado disso aliado ao desenvolvimento do processamento digital de sinais está na mão de toda a população dada a praticidade dos dis positivos e seu baixo custo Figura 19a Estátua de Alan Turing 19121954 Figura 19b John von Neumann 19031957 Figura 18a Central telefônica manual Fontes Davidin 2006 online1 Figura 18b Central telefônica Barras cruzadas Fonte Museu das Comunicações 2017 online2 Aviação Falar de aviões emociona os brasileiros Imedia tamente pensamos em Alberto Santos Dumont 18731932 que em 1906 realizou um voo con trolado com seu Oiseau de Proie III Se foi o primeiro ou não não é objeto deste tex to A verdade é que nós brasileiros temos vocação para a Engenharia Aeronáutica e nos orgulhamos do ITA Instituto Tecnológico da Aeronáutica e da EMBRAER Figura 20 instituições de renome mundial nessa sofisticada área tecnológica Mecanização da Lavoura Durante o século XX as máquinas agrícolas e a tecnologia agropecuária se desenvolveram a ponto de trabalhar com dispositivos totalmente automatizados em suas diversas tarefas preparo do solo semeadura colheita e armazenamento Inicialmente a Engenharia Agrícola teve como principal parceira a Engenharia Mecânica desenvolvendo tratores arados e colhedeiras O desenvolvimento da Engenharia de Automação acrescentou à Engenharia Agrícola processos au tomáticos otimizados aos tipos de máquinas já existentes e além disso proporcionou novas má quinas autônomas que trabalhando com extrema precisão controlam níveis e composição de solos Figura 20 O EMBRAER 190 Projetado e Fabricado no Brasil O desenvolvimento da automação agrícola em nosso país é digno de nota Uma visita ao site da EMBRAPA Instrumentação httpswww embrapabrinstrumentacao proporcionará uma visão das principais ferramentas disponíveis para a modernização e otimização dos processos produtivos 82 Engenharia do positivismo à integração em corrente alternada que garantiu a eletrificação maciça dos siste mas de energia Figura 22 Assim terminamos esta sessão esperando que as ideias de Neil Armstrong tenham servido de amostra dos saltos da Engenharia no século XX Devemos entender entretanto que essa é apenas uma vi são geral e que a Engenharia progride diariamente tentando seguir o expressivo progresso das Ciências Abastecimento de Água e Eletrificação O abastecimento de água con forme já vimos é objeto da En genharia de Construção desde a Roma antiga No século XX hou ve um grande progresso no tra tamento e potabilidade da água É disso que Armstrong falou como a Engenharia Química e a Engenharia Ambiental aliaram se à Civil criando processos e sistemas de abastecimento de água em quantidade e adequada para as diversas tarefas essenciais à vida Figura 21 Além da água outro fator que garante a vida é a energia No século XX desenvolveuse a transmissão de energia elétrica Figura 22 Linha de transmissão Pense em como sua moradia foi construída e em como você vive nela Que modalidades de Engenharia você é capaz de identificar Estação de tratamento Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code 83 UNIDADE III Figura 21 Estação de tratamento e reciclagem de água O discurso de Neil Armstrong foi a base do texto que você acaba de ler Você poderá assisti lo na íntegra no site disponível em https wwwrmastriitspacestuffneilarmstrongneil armstrongsspeechonengineeringinthe20th century2000 84 Engenharia do positivismo à integração As modalidades de Engenharia podem ser agru padas em quatro grandes áreas Civil Mecânica Elétrica e Química As modalidades Aeronáutica Naval Mecatrônica Minas e Naval são combina ções de grandes áreas A Engenharia de Produ ção perpassa as diversas modalidades otimizan do as cadeias produtivas Conforme foi possível notar o século XX foi carac terizado por um forte movimento no sentido da divisão das diversas áreas da Engenharia e a cria ção de novas denominações indicando especia lização e concentração em problemas específicos Esse movimento acelerou o progresso das áreas mas tirou do engenheiro sua visão genera lista e multidisciplinar Nos centros tecnológicos mais avançados entretanto essa verticalização passou a ser questionada principalmente quando o computador passou a ser elemento facilitador de tarefas repetitivas Uma Divisão Aceitável 85 UNIDADE III A consequência é que o engenheiro aliviado de muitas tarefas de prancheta e de cálculos manuais passou a olhar seus projetos de maneira mais glo bal e entendêlos como inseridos nos ambientes A principal evidência disso é o amplo sucesso da Engenharia de Produção criada no Brasil nos anos 50 que passou a formar profissionais de visão ampla da cadeia produtiva e de logística desenvol vendo métodos eficientes de otimização e controle dos processos que envolvem industrialização Uma proposta interessante situada no ponto médio entre a especialização e a abordagem ge neralista talvez seja a divisão da Engenharia em quatro grandes áreas Civil Elétrica Mecânica e Química A Grande área Civil é responsável pelo projeto construção operação e manutenção das obras de infraestrutura essenciais para a vida produtiva e confortável Sob as denominações Engenheiro Civil Engenheiro de Infraestrutura Engenheiro Sanitarista Engenheiro de Transportes é respon sável pelas moradias praças estádios espaços ur banos avenidas ruas e estradas Essa responsabilidade vai além do projeto e da construção estendendose à otimização do uso dos espaços naturais e criados além de sua preservação É também de sua atribuição projetar construir operar e manter os sistemas de abaste cimento de águas e tratamento de esgotos assim como hospitais portos e aeroportos Em todas as atividades a interação com as En genharias Elétrica e Mecânica nas suas diversas áreas proporciona o devido provimento de ener gia e de automaçãoinstrumentação dos processos envolvidos Os portos devem ser trabalhados em conjunto com os Engenheiros Navais e os aeroportos com os Engenheiros Aeronáuticos Sob as denomina ções Engenheiro Eletricista Engenheiro Eletrô nico Engenheiro de Computação Engenheiro de Telecomunicações Engenheiro de Sistemas de Potência Engenheiro de Máquinas Engenheiro Biomédico a grande área Elétrica é responsável pela geração transmissão e distribuição da ener gia elétrica nos locais em que for necessária Além disso é responsável pela infraestrutura de comunicações projetando instalando ope rando e mantendo sistemas que proporcionem as mais diversas formas de comunicação voz dados imagens rádio TV de maneira separada ou inte grada visando sempre a um consumo mínimo de energia e à rapidez de respostas nos proces samentos de sinais A Engenharia Elétrica é também responsável pela fabricação de componentes válvulas resisto res capacitores transformadores indutores tran sistores circuitos integrados microprocessadores essenciais para a montagem de equipamentos dos mais variados tipos de indústria desde os ele trodomésticos e entretenimento até a indústria profissional envolvendo alta tecnologia A grande área Mecânica é a modalidade que recebeu um menor número de novas adjetivações Apesar de títulos como Engenheiro Mecânico Engenharia Industrial Engenharia Automobilís tica e Engenharia de Robótica manteve suas três áreas clássicas Máquinas Energia e Fluidos Na área de máquinas estão o projeto fabrica ção operação e manutenção de máquinas desde as operatrizes para fins industriais até os compo nentes de automóveis navios e aviões Já na área de energia o estudo do balanço energético dos processos combina com o estudo dos fluidos tan to para a finalidade de propulsão como para sim ples operação de aparelhos de ar condicionado A grande área Química carrega denominações como Engenheiro Químico Engenheiro Meta lurgista Engenheiro de Alimentos e Engenheiro de Materiais sendo responsável por praticamente tudo que nos rodeia 86 Engenharia do positivismo à integração Controle da qualidade do ar e da água produ ção de fármacos e alimentos permitem que a vida se prolongue e tenha qualidade Materiais cerâmi cos metálicos e plásticos contribuem para fabricar brinquedos instrumentos cirúrgicos máquinas mobiliário e computadores Além disso adquiriu importância fundamental no mundo moderno otimizando o processamento de resíduos e os reciclando o que contribui decisivamente para a sustentabilidade Não se pode esquecer da Engenharia de Produ ção que começou na grande área Mecânica e hoje é fundamental em todas garantindo design e custos compatíveis com as necessidades das populações É importante também ressaltar que há modalidades que combinam grandes áreas Por exemplo a Engenharia Ambiental combina Civil e Química enquanto que as Engenharias Naval e Aeronáutica juntam a infraestrutura da Civil com as três áreas clássicas da Mecânica Outra modalidade híbrida é a Engenharia de Automação e Controle ou Mecatrônica combi nando Eletrônica Computação Mecânica e Pro dução transforma a Cibernética em realidade a cada dia que passa BENNATON 1986 Finalmente a Engenharia de Minas iniciada no século XVIII para o aproveitamento dos recursos minerais é hoje uma sofisticada combinação da Engenharia Civil com a Engenharia Química Esta é apenas uma visão geral de uma tentativa de organizar o trabalho multidisciplinar do engenheiro A Engenharia é tão ampla que certamente a abordagem está incompleta Você é capaz de identificar as modalidades de Engenharia envolvidas na produção de energia elétrica nas usinas nucleares Resposta Química na obtenção do combustível Metalúrgica na obtenção dos materiais metálicos sofisticados do reator Mecânica nos diversos tipos de transfor mação e troca de energia Civil na construção das fundações prédio e contenção Elétrica no projeto da turbina Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code Conforme você pode notar no texto desta sessão o engenheiro tem sempre um leque amplo de possibilidades de trabalho No Brasil a Engenharia é profissão regulamentada seguindo normas do CONFEA Conselho Federal de Engenharia e Agronomia Para conhecer essa regulamentação consulte httpnormativosconfeaorgbrementasvisualiza aspidEmenta266 87 UNIDADE III O trabalho em todas modalidades de Engenha ria apresenta tarefas típicas como projeto insta lação operação e manutenção Os diversos pro fissionais de acordo com seus perfis interesses e oportunidades optam por exercer uma delas e de acordo com as experiências adquiridas transitam entre elas Todas as modalidades de Engenharia possuem um número muito grande de atividades diferen tes ligadas ao seu exercício Embora haja uma certa semelhança entre as modalidades para cada uma delas há um conjunto diverso do ponto de vista da natureza do trabalho Por essa razão nas próximas sessões que tratam das modalidades em separado essas atividades se rão descritas caso a caso Entretanto neste ponto da exposição daremos uma ideia genérica dessa di visão de tarefas a ser aprofundada posteriormente Divisão de Tarefas 88 Engenharia do positivismo à integração Especificação Todo trabalho de Engenharia começa com uma especificação que deve conter as características de sejadas para o produto ou obra No caso de uma residência por exemplo onde se localiza e quais são as dimensões do terreno Qual a área construída desejada Quantos cômodos e andares Como são as redes de água esgotos energia e telefonia Qual o orçamento disponível Projeto Inicial Esse trabalho define as características gerais da obra Para uma residência planta baixa com as localiza ções dos cômodos dos pontos de energia dos pon tos de TV e de Internet Além disso a distribuição de água energia e rede de esgoto devem estar definidas Projeto Executivo O trabalho a ser realizado nessa fase do processo consiste em definir todos os detalhes construtivos ou de fabricação a quantidade e qualidade do mate rial a ser utilizado e seu custo associado as diversas etapas a serem seguidas bem como as pessoas e custos envolvidos devem estar bem definidos em memoriais e cronogramas Construção ou Fabricação Toda construção ou fabricação deve ser gerencia da e acompanhada para garantir a qualidade de sua execução os prazos e os custos Há aqui dois tipos de tarefas a gerência do empreendimento exercida a partir de programas como PERT COM BIM ou PMO e o acompanha mento diário in loco de cada tarefa de construção e montagem Via de regra essas duas tarefas são exercidas por pessoas diferentes e com perfis complemen tares administrativo e construtivo Operação O bom uso de um dispositivo seja ele uma má quina uma estrada um porto ou um aeroporto requer acompanhamento diário de engenheiros e técnicos responsáveis por normas de operação e atendimento bem como leituras diárias de ins trumentos de medição de parâmetros críticos Manutenção As medições obtidas por operadores dão sinais da necessidade de pequenos reparos preventivos e de interrupções de uso para que o bem ou equipamento não se deteriore A isso se dá o nome de manutenção preventiva exercida e supervisionada por engenheiros Acidentes e funcionamentos inadequados ocor rem mesmo quando a manutenção preventiva é boa Recuperar o bem ou equipamento danificado é função dos engenheiros de manutenção corretiva Essa é uma visão aproximada das funções co muns a todas as modalidades de engenharia Os perfis pessoais dos engenheiros devem em geral ser compatíveis com suas funções Conforme discutido nesta sessão o planejamen to e acompanhamento de projetos e obras são decisivos para seu sucesso O PMI Project Ma nagement Institute é um órgão independente que certifica engenheiros para essa atividade usando ferramentas de alto nível Para saber mais sobre o PMI visite o site https searchpmiorgdefaultaspxqPMO 89 UNIDADE III O final do XX trouxe a reintegração das Ciências e a verdadeira multidisciplinaridade A Engenharia beneficiandose dessa multidisciplinaridade e das ferramentas de Big Data chega ao século XXI integrando modalidades e saberes No final do século XX e início do século XXI com a automação de um grande número de tarefas antes dos engenheiros apareceram as ideias de integração de tarefas e o consequente conceito de Engenharia da Complexidade Para conceituar complexidade no contexto da atividade de Engenharia é necessário enfrentar o significado conotativo atribuído à palavra ao lon go dos anos No dia a dia do Engenheiro comple xo é tudo que apresenta dificuldades especiais em relação à concepção ao projeto à montagem e à operação Por exemplo uma ponte ou uma via ele vada é uma obra que pode ser de alta dificuldade Integração de Tarefas 90 Engenharia do positivismo à integração Sua concepção iniciase com necessidade de ligar dois locais separados por algum fator geográfico que impede ou dificulta o trânsito de pessoas e veículos Nessa fase estão presentes fatores econômicos sociais ambientais e financeiros que determinam a localização e o custo máximo permitido que uma vez definidos dão a partida para as primeiras especificações da obra Possíveis esforços naturais a serem suportados cargas permissíveis devidas ao tráfego e aos fato res geométricos dão início aos cálculos Esforços solicitantes e possíveis variações atmosféricas proporcionam a definição dos materiais vigas pilares pavimentação e sustentação Em seguida vem o projeto executivo Todos os materiais e custos de mão de obra são detalhados para que a obra possa ser iniciada e comece a sair do mundo do papel A construção é árdua e requer acompanhamento constante para sanar proble mas não previstos no projeto e que são inevitáveis durante o trabalho de implementação Pronta e inaugurada a ponte ou via elevada precisa ser mantida com medições constantes usando sensores de posição e de cargas O resul tado dessa monitoração permite a prevenção e correção de falhas Recorrendo ao sentido habitual da palavra todos concordarão que conceber projetar cons truir e manter uma ponte constitui um complexo problema de engenharia Outro possível exemplo é o da concepção do projeto da construção e da operação de uma ave nida ligando dois bairros de uma cidade com o in tuito de melhorar a mobilidade urbana Definir o traçado da via é o ponto de partida problema que pode envolver complicadas questões econômicas sociais e ambientais Não basta o conhecimento geométrico para essa tarefa o planejamento ur bano combinando tráfego de veículos e pessoas aliado ao atendimento das populações a serem deslocadas são elementos essenciais nessa tarefa Definido o traçado há o projeto que envolve alterações de uso do solo com demolições proce dimentos de terraplenagem definições de pisos e bordas e o projeto executivo prevendo o preparo dos materiais e máquinas bem como os custos de mão de obra Do papel para a realidade tarefa di fícil com trabalho durante possíveis intempéries com alterações de circulação de veículos e pessoas no entorno dos canteiros de obra Depois das inaugurações discursos e cortes de fitas há a operação e manutenção com me dições que podem ser sofisticadas e ações que podem influenciar a rotina diária de motoristas e usuários de transporte individual e coletivo Mais uma vez usando a linguagem diária conceber projetar construir e manter uma avenida é tarefa de complexidade considerável Essa ideia de complexidade explorada nos dois exemplos carrega a carga semântica da disjunção isto é o problema complexo da implantação de uma ponte ou via elevada é visto como decom posto em sequência de operações realizadas por pessoas diferentes que executam tarefas aparen temente estanques e sem conexão A ponte ou via elevada são vistas e estudadas como sistemas fechados Suas interações com o entorno são compreendidas de uma maneira probabilista como se fossem responsáveis pelo imponderável atribuindose a elas fatores de se gurança que nem sempre funcionam adequa damente A queda do elevado Paulo de Frontin Rio de Janeiro e o incêndio sob a ponte da Avenida San to Amaro São Paulo são exemplos ilustrativos dessa falha de abordagem Da mesma maneira a construção da avenida da qual a ponte ou via elevada podem fazer parte se for vista como sistema fechado pode trazer mais prejuízos do que benefícios Basta olhar o Minho cão de São Paulo para entender o estrago urbano causado por uma melhoria de tráfego 91 UNIDADE III O pensamento complexo aparece em um con texto complementar ao da prática atual da enge nharia cujos sucessos poderiam ser enumerados em todas as áreas da atividade humana Tratase de adicionar aos trabalhos três novos pontos de vista as obras como sistemas abertos a emergên cia de fenômenos resultantes das não linearidades e o olhar da incompletude Assim passamos a entender a Engenharia da Complexidade como aquela que adiciona à visão tradicional da disjunção e do fechamento dos sistemas uma abordagem aberta não linear e com a incompletude em sua gênese Apoiase nas conquistas e nos conhecimentos bem estabeleci dos mas proporciona uma abordagem global e transdisciplinar trabalhando a noção de sistemas VON BERTALANFY 1968 Essa é a Engenharia do século XXI integran do os mais variados conhecimentos científicos e fazendo uso das ferramentas de Big Data ori ginária da moderna Engenharia da Computação Caroa alunoa nesta unidade você viu como a compartimentalização das Ciências e da Enge nharia no século XX levou a espécie humana às conquistas tecnológicas com as quais convivemos hoje Além disso percebeu como essas conquis tas remeteramnos à reintegração dos diversos compartimentos da Ciência e da Engenharia con duzindonos a um século XXI de grandes pers pectivas para a preservação da vida e do planeta A integração das modalidades e saberes da Engenharia da Complexidade chegou ao Brasil Para saber mais sobre isso consulte http revistapesquisafapespbr20170317uma engenhariamaisampla 92 1 A função do engenheiro no final do século XIX passa ser entendida por a Entender profundamente a composição da matéria b Descobrir como duas substâncias diferentes se combinam c Entender a emergência de comportamentos em seres vivos d Aplicar os conhecimentos científicos para modificar e combinar objetos da natureza e Propiciar ganhos econômicos em transações bancárias 2 As principais Ciências Naturais são a Biologia Química e Física b Matemática Física e Química c Biologia Matemática e Sociologia d Química Biologia e Matemática e História Natural Matemática e Química 3 A revolução industrial ocorrida no Reino Unido no século XIX está ligada à a Geometria b Química Orgânica c Termodinâmica d Eletricidade e Indução Eletromagnética 4 A descoberta do fenômeno da indução eletromagnética contribuiu para o de senvolvimento das a Pontes metálicas b Comunicações c Estruturas de navios d Máquinas térmicas e Grandes máquinas industriais Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 93 5 Assinale a afirmativa correta a A chegada do homem à Lua não ocorreu sendo uma farsa teatral do governo americano b A exploração do espaço não trouxe benefícios para a espécie humana c As tecnologias de processamento de imagens se desenvolveram durante a corrida espacial d A existência de vida em outros planetas do Sistema Solar está comprovada e Em Marte a existência de energia hidráulica de quedas dágua contribui para a existência de vida 6 O domínio da tecnologia nuclear contribui positivamente para o a Desenvolvimento das telecomunicações b Desenvolvimento da vida em outros planetas c Desenvolvimento de computadores mais rápidos d Desenvolvimento de produtos de beleza e Desenvolvimento de fármacos 7 A Engenharia de Petróleo combina a Engenharia Civil Mecânica e Química b Engenharia Nuclear Sanitária e Metalúrgica c Engenharia Mecânica Elétrica e Aeronáutica d Engenharia Elétrica Mecânica e Química e Engenharia Naval Nuclear e Mecânica 8 Assinale a afirmativa correta a Os primeiros sistemas de abastecimento de água foram construídos no século XX b As primeiras estradas foram construídas na Roma antiga c A telefonia digital começou a se desenvolver em 1 900 d A precisão nas imagens médicas depende de como a Anvisa vistoria a aparelhagem e A máquina de Turing foi desprezada por John von Neumann 94 9 A grande área Civil é responsável por a Geração de Energia b Construção de navios c Provimento de materiais cerâmicos d Construção de estradas e Construção de dispositivos de troca de energia em usinas 10 As comunicações digitais tiveram origem a Na eletrônica combinada com a computação b Na mecânica dos fluidos c Nos trabalhos filosóficos dos gregos d Na construção automatizada de edifícios e Nas redes sociais como facebook e twitter 11 As três áreas clássicas da Engenharia Mecânica são a Energia circuitos elétricos e fluidos b Máquinas energia e fluidos c Fluidos construção e máquinas d Máquinas tintas e software e Hardware fluidos e software 12 Duas atividades essenciais para a vida fazem parte da grande área Química a Qualidade do ar e computação b Alimentos e distribuição de água c Alimentos e Qualidade do ar d Alimentos e redes de esgotos e Alimentos e computação 95 13 No projeto executivo de uma obra ou equipamento a É necessário fornecer apenas o custo da mão de obra b Não há necessidade de apresentar cronograma c Todos os custos envolvidos devem constar com o maior nível de detalhamento possível d Os dados relativos ao consumo de energia são desnecessários e Caso a obra seja uma residência os dados das fundações são irrelevantes 14 Assinale a afirmativa correta a PERT e CPM são ferramentas computacionais relativas à operação de bens ou de equipamentos b PERT e CPM são ferramentas computacionais relativas à manutenção de bens ou de equipamentos c Para fiscalizar a qualidade da execução de uma obra o engenheiro necessita de um cronograma d Para fiscalizar a qualidade da execução de uma obra o engenheiro deve ter um perfil detalhista e A tarefa de manutenção preventiva não requer medições de parâmetros 15 Assinale a afirmativa correta a Sistemas complexos são aqueles difíceis de entender b A Engenharia só estuda sistemas não complexos c Projetar um sistema complexo é desnecessário para o homem d Sistemas complexos são lineares e Sistemas complexos são não lineares 96 Introdução à Engenharia Modelagem e Solução de Problemas Autor Jay B Brockman Editora LTC Sinopse introdução à Engenharia Modelagem e Solução de Problemas mostra como os profissionais resolvem problemas no dia a dia provendo os engenheiros do conhecimento essencial que precisam para ter sucesso Brockman utiliza os conceitos básicos de matérias como matemática ciência e física para resolver os problemas que surgem no exercício da profissão desde a estabilidade de uma plataforma offshore de petróleo à maneira mais eficiente de fornecer água a comunidades carentes Os capítulos da primeira parte deste livro discutem a representação e a resolução de problemas abrangendo engenharia e sociedade e organização e representação de sistemas de engenharia Já a segunda parte trata dos projetos baseados em modelos matemáticos da engenharia usando para isso leis da natureza e modelos teóricos análise de dados e modelos empí ricos e modelagem da relação entre os componentes de um sistema estruturas leves entre outras ferramentas Por fim o pacote computacional MATLAB é o assunto da terceira parte com a apresentação das ferramentas necessárias para implementar os modelos apresentados na segunda parte desta obra LIVRO 97 BENNATON J O que é Cibernética São Paulo Editora Brasiliense Coleção Primeiros Passos 1986 PIQUEIRA J R C Complexidade computacional e medida da informação caminhos de Turing e Shannon Estudos Avançados v 30 p 339344 2016 Reflexões sobre história do ensino de Engenharia Porvir Inovações em Educação 2014 Disponível em httpporvirorgreflexoessobrehistoriaensinodeengenharia Acesso em 13 nov 2017 SCHANAID F ZARO M A TIMM M I Ensino de Engenharia do positivismo à construção das mudanças para o século XXI Porto Alegre Editora UFRGS 2006 VON NEUMANN J First draft of a Report on EDVAC Moore School of Electrical Engineering University of Pennsylvania 1945 VON BERTALANFFY L General System Theory Foundations Development Applications New York George Braziller Inc 1968 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpwwwdavidincomcentraltelefonicai Acesso em 14 nov 2017 2EmhttpmacaocommunicationsmuseumporexhibitionsecondfloorMoreInfo2652 EricssonARF503html Acesso em 14 nov 2017 98 1 D 2 A 3 C 4 B 5 C 6 E 7 D 8 B 9 D 10 A 11 B 12 C 13 C 14 D 15 E Diário de Bordo Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Discutir e esclarecer os pontos de atribuição de atividades de Engenheiros Civis e Arquitetos ressaltando a aborda gem cooperativa Mostrar como se trabalha em um escritório de projetos com ênfase nas ferramentas computacionais disponíveis Descrever as diversas atividades concernentes a uma obra civil estendendo a discussão de relacionamentos huma nos com operários e auxiliares Apresentar as diversas questões relacionadas à Engenha ria Civil Materiais Hidráulica Estruturas e Transportes Trabalhar os problemas ambientais das obras bem como discutir escolhas de materiais mais econômicos e duráveis O Engenheiro e o Arquiteto Engenheiro Civil no Escritório As áreas de Engenharia Civil Construção Sustentável Engenheiro Civil na Obra Dr José Roberto Castilho Piqueira Engenharia Civil O Engenheiro e o Arquiteto A denominação Engenharia Civil foi cunhada no século XVIII indicando que a Engenharia como atividade profissional deixava de ser exclusiva da formação militar No começo do século XX a modalidade profis sional EngenheiroArquiteto adquire grande importância na consolidação das concepções de cidades e moradias Em meados do século XX a Arquitetura tornase profissão distinta da En genharia Civil As atividades em Engenharia Civil realizamse predominantemente em campo exigindo do profissional a habilidade de liderança Qualquer atividade construtiva humana é pro duto do conhecimento adquirido e da experiên cia individual ou coletiva conforme você pode observar nas nossas unidades anteriores A espécie humana durante séculos aprendeu e aprimorou a Engenharia exercendo a prática construtiva desde a antiguidade O saber cons 103 UNIDADE IV truir teatros moradias praças sistemas de trans porte e de abastecimento de água não era ensina do sistematicamente Mestres de obras aprendiam com a natureza passando suas competências e habilidades durante o trabalho Os conhecimentos sistematizados de Enge nharia começaram a ser cultivados nas academias militares para basicamente garantir expansão e manutenção de poderes Esse era o panorama vigente em meados do século XVIII o ensino de Engenharia adquire qualidade e prestígio mas é essencialmente militar Essa é a origem da denominação Engenharia Civil os progressos obtidos pela aplicação das metodologias científicas às construções dos am bientes rurais e urbanos passam a transcender o mundo Militar sendo ensinados em escolas que admitem a presença da população civil A primeira dessas escolas foi a École des Ponts et Chaussées fundada em 1747 na França de caráter prático e voltada para as construções de moradias e cidades Por essa razão a Engenharia Civil é considerada muito ampla Construir re quer alicerces materiais estrutura adequada às condições ambientais provimento de energia abastecimento de águas tratamento de esgotos e tratandose de um espaço urbano garantia da possibilidade de movimentação das populações Assim progrediu a Engenharia até o início do século XX adjetivada como Civil com o progresso tecnológico trazendo as novas subdi visões e modalidades já destacadas nos capítulos 2 e 3 de nosso curso Uma questão relevante a ser pontuada é que toda obra ou intervenção urbana combina as pectos tecnológicos sociais e estéticos Assim no início do século XX uma nova profissão emergiu no âmbito da Engenharia Civil o En genheiro Arquiteto No Brasil o explosivo desenvolvimento urbano ocorrido em São Paulo levou a então recémcriada Escola Politécnica à constituição do curso de EngenheiroArquiteto iniciado em 1894 e extinto em 1954 FICHER 2005 O pri meiro EngenheiroArquiteto formado por esse curso foi João Moreira Maciel 1899 O des taque do corpo docente era o EngenheiroAr quiteto Francisco de Paula Ramos de Azevedo formado pela École Spéciele du Genie Civil et des Arts Manufactures da Universidade de Gan dBélgica em 1878 Além de lecionar Ramos de Azevedo mante ve ativo o escritório de Arquitetura responsável por obras emblemáticas da cidade de São Paulo como o teatro municipal Figura 1 e o edifício dos correios Figura 1 Teatro Municipal São Paulo Figura 2 Obras de Ramos de Azevedo Pinacoteca São Paulo 104 Engenharia civil O progresso da modalidade de EngenheiroAr quiteto foi bastante notável no início do século XX consolidando a Arquitetura como carreira profissional específica que agregou o urbanismo como uma de suas atribuições adicionais Um dos mais eminentes egressos da Escola Politécnica de São Paulo Luiz Ignácio de Anhaia Melo formado EngenheiroArquiteto em 1913 liderou a concepção do curso de Arquitetura e Urbanismo que passou a ser ministrado então na Faculdade de Arquitetura e Urbanismo FAU da Universidade de São Paulo criada em 1948 O prédio da FAUUSP localizado na cidade universitária de São Paulo projetado por João Ba tista Vilanova Artigas também egresso da Escola Politécnica foi um marco para a transformação do ensino pois buscava que seu interior Figura 3 fosse um espaço de integração e aprendizado ativo O movimento de criação de Escolas de Ar quitetura e Urbanismo destacadas dos cursos de Engenharia Civil ocorreu em meados do século XX em todo o mundo consolidando a ideia de que o viver bem não está associa do apenas à qualidade técnica das obras mas também a aspectos estéticos humanos e sociais relevantes A Engenharia Civil passa a ter um crescimen to considerável nos aspectos relativos à tecno logia com grande aprofundamento de conheci mento em várias áreas todas com fortes ligações com outras modalidades e com a arquitetura e o urbanismo Entre essas áreas destacamse o cálculo estru tural a geotécnica os transportes a hidráulica a construção e o planejamento urbano Em todas elas há a atividade de projeto realizada em escri tórios mas as atividades como edificação fiscali zação operação e manutenção são realizadas em campo exigindo além do conhecimento técnico a capacidade de liderança Figura 3 Interior do prédio da FAUUSP 105 UNIDADE IV Engenheiro Civil no Escritório Nos escritórios de engenharia dos órgãos pú blicos são definidas as especificações técnicas e financeiras das obras públicas necessárias Já nos escritórios das empresas de engenharia são realizados os projetos funcionais e executivos O exercício da Engenharia Civil demanda ati vidades que se realizam em vários tipos de am bientes predominantes escritórios laboratórios e canteiros de obras No ambiente de escritório normalmente são executadas atividades de plane jamento e projeto Em escritórios de prefeituras e órgãos governamentais são discutidas as políticas públicas e sua implementação especificando as características técnicas e de custos desejáveis para as obras públicas fixandose editais para concor rências e seu julgamento Nos escritórios de projeto das empresas de En genharia são definidas a partir de levantamentos de campo e especificações técnicas as característi cas gerais funcionais da obra sua disposição física 106 Engenharia civil e localização bem como os custos esperados de material e mão de obra Nesse mesmo ambiente são executados também os chamados projetos executivos que de maneira detalhada apresentam as listas de materiais as dimensões dos compartimentos os detalhes de fundação e de inserção no ambiente Por exemplo o primeiro passo para definir um projeto de uma residência é determinar suas funcionalidades para uma residência sem so fisticações 3 quartos sala cozinha banheiro e garagem o projeto funcional pode ser dado pela planta da Figura 4 O projeto executivo relativo ao desenho da Figura 4 consiste entre outras definições de Figura 4 Exemplo de planta baixa Fonte adaptado de Thiago Surmani Pisos a serem utilizados Revestimentos de paredes Tipos de tijolos Projeto da cobertura e telhado Planejamento da fundação Pias e louças dos banheiros e cozinha Localização e quantidade de lâmpadas interruptores e tomadas Localização e definição dos encanamentos de água e esgoto De posse do projeto executivo é que o engenheiro da obra pode iniciar seu trabalho de supervisão da execução e de garantia do cumprimento das especificações 107 UNIDADE IV Vamos juntos esboçar alguns pontos do projeto de sua residência Como é a planta baixa Como é a cobertura Que pisos foram utilizados Como são as pias e louças Como foram passados os fios elétricos Como é o encanamento Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code O desenvolvimento da informática e da engenha ria de software trouxe para a Engenharia Civil um progresso considerável na disponibilidade de ferramentas computacionais para projeto e acompanhamento de obras Aparentemente a tecnologia computacional mais utilizada é a chamada Building Information Modeling BIM um processo de modelagem 3D que permite visualizar e realizar os projetos de arquitetura e engenharia monitorar a cons trução com ferramentas adicionais eficientes de planejamento e controle de construção de edifícios e obras de infraestrutura As ferramentas BIM são nos dias de hoje essenciais para o bom projeto e gerenciamento de uma obra Saiba mais no link disponível em httpswwwbuildincombrguiacompleto sobretecnologiabim Exemplo de planta baixa 108 Engenharia civil Respeito e incentivo aos operários são qualida des essenciais para o engenheiro de obras Ele deve ser cuidadoso e detalhista para garantir a qualidade do trabalho O engenheiro de obras é aquele que transforma em realidade o objeto projetado Para isso algu mas características pessoais devem fazer parte de sua personalidade A primeira delas é a de ser um indivíduo cuidadoso e detalhista que não pode deixar de notar qualquer detalhe construtivo du rante o curso da obra garantindo a qualidade Além disso deve estar sempre atento aos proce dimentos de segurança dos operários evitando possíveis acidentes Essa interação com operários requer que o engenheiro seja capaz de manter bom relaciona mento com seus subordinados respeitandoos e incentivando o trabalho de qualidade e em equipe Figura 5 Engenheiro Civil na Obra 109 UNIDADE IV O início do trabalho é um bom estudo do projeto executivo verificando se tudo está bem especifi cado realizando a partir dele um planejamento de métodos e etapas da construção O projeto executivo permite ao engenheiro de obras a quantificação dos materiais a serem utili zados De posse desse dado o engenheiro poderá adaptar a compra dos materiais ao cronograma físicofinanceiro otimizando o uso dos recursos disponíveis Além disso cabe ao engenheiro de obras garantir a correção e eficiência dos proces sos evitando o desperdício de materiais Nos dias de hoje é essencial que o engenheiro de obras zele pela reutilização e reciclagem dos materiais no canteiro praticando a economia e a consciência ambiental Outro ponto relevante para o engenheiro de obras é que ele deve conhe cer a metodologia de estocagem dos materiais e de administração do almoxarifado Figura 6 poupando custos desnecessários Ser engenheiro de obras requer além do conhecimento técnico qualidades humanas como capacidade de relacionamento e de conduta cuidadosa O site a seguir contém informações relevantes sobre esses aspectos da vida do engenheiro httpwwwforumdaconstrucao combrconteudophpa0Cod1852 Figura 5 Trabalho em equipe obra Figura 6 Almoxarifado de uma obra 110 Engenharia civil As Áreas de Engenharia Civil A Engenharia Civil rodeianos e constrói obras de infraestrutura fundamentais para o conforto humano Aeroportos portos pontes viadutos praças barragens nascem nas pranchetas dos escritórios e são construídos melhorando a vida do ser humano a cada dia Até aqui apresentamos a Engenharia Civil em seus aspectos mais simples e próximos da nossa vida co tidiana Entretanto ela está presente em praticamen te todas as atividades humanas uma vez que está ligada à infraestrutura vital para o mundo moderno Vou tentar explicar isso falando um pouco do domingo de um paulistano típico Peço que os habi tantes de outras cidades ou estados não se ofendam Não se trata de prepotência ou mania de grandeza mas da descrição de uma experiência pessoal Nós sabemos que todos os brasileiros torcem pelo Corinthians metade a favor e metade contra Sou do primeiro grupo e morando no Brooklyn 111 UNIDADE IV paulista resolvi assistir a uma partida dele no Itaquerão ou ArenaCorinthians Começo con sultando o Google Maps que me dá a seguinte informação a distância da minha casa à Arena é seguindo de automóvel pela Avenida Radial Leste Figura 7 de 303km tempo estimado de 58min ou seguindo pela Marginal Tietê Figura 8 de 474km tempo estimado de 1h e 3min Nesse momento eu me dou conta de que a Zona Leste onde se concentra uma grande po pulação que em geral trabalha em outras regiões da cidade exigiu das administrações da cidade a construção de grandes obras viárias O complexo de viadutos da Radial Leste é uma obra prima de infraestrutura de transportes Engenharia Civil partindo do centro da cidade segue radialmente margeando todos os bairros da nossa Zona Leste de acordo com cuidadoso trabalho de planeja mento urbano também Engenharia Civil Outra obra prima da Engenharia Civil são as Marginais Pinheiros e Tietê atravessando toda a cidade de Leste a Oeste passando pelo seu centro e dando acesso às Zonas Norte e Sul Porém o Google Maps também uma maravilha da Geo désia indica que os engenheiros de logística de trânsito da cidade indicam outra solução ônibus e metrô em 1h43min Opto pelo metrô Figura 9 e chego à Arena Figura 10 observando a alegria dos torcedores Durante a viagem fico pensando na engenha ria de estruturas envolvida no projeto das estações e na via subterrânea Além disso na construção e na concretagem das paredes e na logística dos pla nejadores das linhas No estádio impossível não admirar a estrutura e a qualidade da construção O Timão perdeu mas eu voltei para casa feliz com a engenharia brasileira elegante e competente mesmo sujeita a tantas manobras escusas Vocês podem dizer e as Engenharias Elétrica e Mecânica necessárias para o passeio Falarei delas nas próximas unidades Figura 7 Radial Leste Figura 8 Marginal Tietê 112 Engenharia civil Figura 10 Metrô São Paulo Figura 9 Arena Corinthians O provimento de energia elétrica no Brasil devese essencialmente ao seu potencial hidrelétrico Para o bom aproveitamento desse potencial a construção de barragens é mandatória O site a seguir contém importante trabalho sobre essas barragens httpwwwipeagovbrportalindex phpoptioncomcontentviewarticleid19703 113 UNIDADE IV A cadeia produtiva da construção civil é impor tante agente consumidor de recursos da natu reza e contribui de maneira considerável para o efeito estufa A cadeia da construção civil constituída por ci dades estradas e novas edificações é quem mais extrai riquezas da natureza que vão terminar em edifícios rodovias e outras obras produzindo um impacto ambiental significativo JOHN 2000 Os resíduos de construções e demolições são da ordem de 500 quilos por habitante anualmente representando volume maior que o de lixo urbano domiciliar e de escritórios Embora tímidas algumas ações têm sido to madas no Brasil Existem exemplos de evolução tecnológica como o concreto de alta resistência muito mais ecoeficiente Na década de 1960 quando a indústria do aço aumentou a resistência do produto surgiram os tipos CA 50 e CA 60 que provocaram expressiva diminuição nos diâmetros dos pilares O mesmo Construção Sustentável 114 Engenharia civil aconteceu quando se trocou o tijolo maciço pelo tijolo furado fazendo com que o peso das paredes caísse de 200 para 120 quilos por metro quadrado Além disso ao se fabricar cimento produzse uma quantidade considerável de CO2 aumentan do o efeito estufa A Figura 11 mostra a variação do percentual dessas emissões ao longo do tempo Assim fica claro o efeito das obras de constru ção e extração de matériasprimas na destruição da fauna e da flora A água também usada em abundância na construção civil é para o planeta como um todo produto escasso e caro requeren do cuidado e preservação Nesta unidade discutimos a Engenharia Ci vil e sua importância para a construção da in fraestrutura necessária para a vida do homem O professor Vanderley M John é importante pesquisador na área de construção sustentável Você pode encontrar o trabalho por ele apresentado como tese de livre docência no link httpwwwietspcombrstaticmedia mediafiles20150123LVVanderleyJohn ReciclagemResiduosConstrucaoCivilpdf CO2 Cimento Ano 1920 00 20 40 60 80 100 1940 1960 1980 2000 Global Brasil Figura 11 Evolução histórica da participação da indústria de cimento na geração mundial de CO2 Fonte John 2000 moderno Além disso a questão da sustentabi lidade da cadeia produtiva da construção civil foi abordada 115 1 A denominação Engenharia Civil designa originalmente a atividade de a De construção dos sistemas de distribuição de energia b De realização de obras coordenadas por oficiais de exército c De montagem de pontes d De realização de obras coordenadas por engenheiros não militares e De realização de vendas de habitações 2 Os profissionais denominados EngenheirosArquitetos eram responsáveis a Somente aspectos estéticos das obras b Somente por aspectos sociais das obras c Por aspectos econômicofinanceiros das obras d Somente pela fachada dos edifícios e Por aspectos estéticos e estruturais dos edifícios 3 Nos dias de hoje considerase como área da Engenharia Civil a O saneamento básico b O planejamento energético c O projeto de uma máquina d O estabelecimento de uma linha de produção e A produção de materiais cerâmicos Para as próximas três perguntas considere a planta a seguir Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 116 Fonte httpwwwtudoconstrucaocomwpcontentuploads201503PlantaBaixajpg 4 A relação entre a área da casa e a área total é a 80 b 64 c 72 d 34 e 100 5 A área total dos quartos vale a 1827 m2 b 1095 m2 c 1800 m2 d 1895 m2 e 595 m2 COZINHA SALÃO VARANDA QUARTO QUARTO BANHO BANHO SUÍTE ÁREA DA CASA 6603m² ÁREA EXTERNA 3640m² ÁREA TOTAL 10243m² 120 200 250 345 285 225 210 800 330 620 920 290 290 225 120 117 6 A área do banheiro da suíte vale a 47m2 b 89m2 c 91m2 d 27m2 e 20m2 7 O conhecimento que o engenheiro de obras deve ter do projeto a ser executado a Pode ser superficial b É desnecessário c Deve ser levado ao maior grau de detalhamento possível d Pode ser conhecido no final da obra e Serve apenas para o fiscal de obras 8 Entre as atribuições do engenheiro de obras está a O planejamento da rede telefônica b O cumprimento dos prazos c O planejamento urbano d A precificação dos materiais e O contato com o futuro usuário 9 A Engenharia de Transportes é a Um ramo da Engenharia Civil b Um ramo da Engenharia de Materiais c Um ramo híbrido CivilLogísticaMateriais d Um ramo da Engenharia de Produção e Um ramo Híbrido MecânicaLogística 118 10 O planejamento urbano é uma atividade a Exclusiva da Engenharia Civil b Exclusiva da Arquitetura c Híbrida Engenharia CivilProdução d Híbrida Engenharia CivilArquitetura e Exclusiva da Câmara de Vereadores 11 Os três principais fatores que fazem com que a indústria da construção civil degrade o meio ambiente são a Uso de recursos naturais aumento da umidade relativa consumo de petróleo b Uso de recursos naturais emissão de CO2 e uso da água c Uso da água emissão de CO2 e mudança da densidade do ar d Aumento da umidade relativa mudança da densidade do ar uso da água e Uso da água emissão de CO2 e aumento da umidade relativa 12 A mudança de tijolo maciço para tijolo vazado diminui o peso das paredes em a 40 b 66 c 80 d 60 e 20 119 O desafio da sustentabilidade na construção civil Autor Vahan Agopyan e Vanderley M John Editora Blucher Sinopse a Série Sustentabilidade surgiu a partir da análise do panorama his tórico com o início do conceito de desenvolvimento sustentável formulado pela Comissão Brundtland em 1970 até o evento da Agenda 21 com enorme influência no mundo em todas as áreas reforçando o movimento ambientalista A série escrita por renomados pesquisadores nacionais que apresentam análises do impacto do conceito de desenvolvimento sustentável no Brasil é coordenada pelo prof José Goldemberg e tem como objetivo analisar o que está sendo feito para evitar um crescimento populacional sem controle e uma industrialização predatória em que a ênfase seja apenas o crescimento econômico bem como o que pode ser feito para reduzir a poluição e os impactos ambientais em geral aumentar a produção de alimentos sem destruir as florestas e evitar a exaustão os recursos naturais por meio do uso de fontes de energia de outros produtos renováveis Neste Volume 5 O Desafio da Sustentabilidade na Construção Civil os auto res orientam o profissional sobre o tema e fornecem dados para permitir o desenvolvimento de suas atividades levando em consideração os aspectos da sustentabilidade da construção em particular a preservação do meio ambiente Comentário a Engenharia Civil é essencial para o desenvolvimento da infraes trutura e deve ser tratada dentro dos padrões atuais de sustentabilidade O livro indicado traz considerações essenciais para o bom exercício do progresso sustentável LIVRO 120 FICHER S Os Arquitetos da Poli São Paulo EDUSP 2005 JOHN V M Reciclagem de resíduos na construção civil Contribuição para metodologia de pesquisa e desenvolvimento São Paulo EPUSP 2000 SCHANAID F ZARO M A TIMM M I Ensino de Engenharia do positivismo à construção das mudanças para o século XXI Porto Alegre Editora UFRGS 2006 121 1 D 2 E 3 A 4 B Analisando os dados área construída 6603 m2 área total10243 m2 Logo a relação pedida é 660310243 064 ou 64 5 A Analisando a figura a área total dos quartos vale 1827 m2 obtidos por 285345290 6 D Analisando a figura a área do banheiro da suíte vale 225120 27m2 7 C 8 B 9 C 10 D 11 B 12 A De acordo com o texto a diminuição foi de 200120200 04 ou 40 Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Mostrar que a Energia Elétrica é a modalidade mais eco nômica para prover as populações de suas necessidades energéticas para a vida Mostrar como o domínio do fenômeno da Indução Ele tromagnética mudou a sociedade Discutir a controvérsia e o papel de Tesla no desenvolvi mento dos aparatos elétricos Descrever a evolução da rádio difusão para Internet Apresentar as fontes de energia disponíveis e suas van tagens e desvantagens na conversão em energia elétrica Energia Elétrica como Energia Intermediária A descoberta de Faraday Ondas Eletromagnéticas Fontes de Energia Corrente contínua x corrente alternada Dr José Roberto Castilho Piqueira Engenharia Elétrica A Energia Elétrica como Modalidade Intermediária A energia elétrica é uma modalidade de energia que permite a distribuição de grandes quantida des de energia de maneira eficiente e econômica Sistemas de comunicação são análogos aos siste mas sensoriais dos seres vivos Computadores tive ram sua arquitetura inspirada no cérebro humano Você é capaz de imaginar o que aconteceria com a sua cidade se a rede de distribuição de energia elétrica caísse por uma semana Alimentos pereceriam ci rurgias exames e tratamentos hospitalares parariam levando hospitais ao colapso meios de comunicação e computadores esgotariam suas baterias silenciando a troca de informações sem contar todos os outros inconvenientes como escuridão e mau funcionamen to dos sistemas de abastecimento de água Nos dias de hoje é difícil conceber o cotidiano sem energia elétrica Esse é um panorama que se iniciou nos primórdios do século XX quando houve a percepção de que o método mais eficiente 125 UNIDADE V e econômico de levar energia para a população é convertêla em elétrica distribuíla e no final reconvertêla para as formas adequadas ao uso Na natureza esse tipo de processo trouxe a vida para a Terra A fonte de toda energia aproveitada em nosso planeta é o Sol que a produz pelo pro cesso de fusão nuclear Essa energia é convertida em radiação transmitida à Terra e transformada nas diversas formas de energia como a mecânica a química a térmica e outras necessárias para a geração e manutenção da vida CARRON PI QUEIRA GUIMARÃES 2017 A radiação é uma combinação de campos elétricos e magnéticos que de maneira eficiente transmite a energia do Sol à Terra por ondas ele tromagnéticas Figura 1 Outro exemplo dessa estratégia encontrado na natureza são os processos sensoriais e fisiológicos em nosso corpo que ocorrem por intermediação de campos elétricos e magnéticos Tomando o nosso tato para efeito de raciocínio quando pas samos os dedos sobre uma superfície as rugosi dades provocam ações elétricas nas terminações nervosas de nossos dedos Essas ações elétricas são propagadas ao sistema nervoso central pro duzindo as sensações de tato Figura 2 Figura 1 A energia liberada pela fusão nuclear no Sol viaja até a Terra por ondas eletromagnéticas Fonte Carron Piqueira e Guimarães 2017 Figura 2 Representação da propagação de impulsos nervosos para o cérebro Fonte Carron Piqueira e Guimarães 2017 126 Engenharia elétrica Ao imitar a natureza e utilizar a energia elétrica como fonte intermediária a espécie humana ex perimentou um grande progresso tecnológico tornando eficiente a transmissão de energia em grandes quantidades Convertendo em energia elétrica a energia mecânica Figura 3 a energia térmica Figura 4 a energia eólica Figura 5 ou nuclear Figura 6 e usando linhas de transmissão para enviálas aos usuários obtemos alta eficiência e qualidade no provimento de energia às populações Adicionalmente vivemos a era da rapidez do processamento e da transmissão da informação iniciada pelos criadores da Cibernética Norbert Wiener Alan Turing e John von Neumann e con solidada pela obra seminal de John von Neumann publicada pela primeira vez em 1958 propondo uma arquitetura computacional análoga ao cére bro humano VON NEUMANN 1958 É da engenharia dessas ações que esta unidade trata conversão e transmissão de energia com putação e comunicações Para os engenheiros eletricistas ou não conhecer a organização do setor elétrico brasileiro é bastante útil permitindo o entendimento das possibilidades de uso da energia elétrica Para saber mais sobre essa análise consulte o link httpwwwabradeecombrsetoreletrico visaogeraldosetor 127 UNIDADE V Figura 3 Fonte mecânica Figura 4 Fonte térmica Figura 5 Fonte eólica Figura 6 Fonte Nuclear 128 Engenharia elétrica Pieter van Musschenbroek concebeu um disposi tivo de armazenamento de energia elétrica Alessandro Volta ao propor sua pilha elétrica deu início à ideia de corrente elétrica Ørsted e Ampère relacionaram a Eletricidade com o Magnetismo A indução eletromagnética descoberta por Fa raday permitiu a conversão eletromecânica de energia e as comunicações a distância Embora a Eletricidade fosse conhecida desde Ta les de Mileto importante Filósofo e Matemático que viveu entre 623 aC e 548 aC foi o engenhei ro Pieter van Musschenbroek 16921761 Figu ra 7 que construiu na Universidade de Leyden o primeiro dispositivo armazenador de energia elétrica que passou a ser chamado de garrafa de Leyden Figura 8a O princípio da garrafa de Leyden encontrase também materializado no gerador de Van Der Graaf como podemos visua lizar na Figura 8b A Descoberta de Faraday 129 UNIDADE V Figura 8a Garrafa de Leyden Fonte COE 2000 online2 Figura 7 Pieter van Musschenbroek Fonte Wikmedia Commons 2018 online1 Figura 8b gerador de Van Der Graaf Fonte o autor 130 Engenharia elétrica Entretanto vamos considerar como marco inicial da Engenharia Elétrica a construção por Alessan dro Volta Figura 9 17451827 no ano de 1800 da chamada pilha de Volta Figura 10 A partir dessa construção a eletricidade até então conhecida como um fenômeno estático passa a ser vista como um fenômeno dinâmico devido às correntes elétricas e sua relação com o magnetismo passa a ser explorada Foi o físi co dinamarquês Hans Christian Ørsted Figura 11 17771851 que em 1820 anunciou que as correntes elétricas geram campos magnéticos interagindo com imãs Figura 9 O início da Engenharia Elétrica com Alessandro Volta Figura 10 Pilha de Volta Figura 11 Hans Christian Ørsted Fonte Wikimédia 2017 online3 Figura 12 André Marie Ampère Gerador de Van Der Graaf 131 UNIDADE V O trabalho Ørsted foi seguido por André Marie Ampère Figura 12 17751836 que formalizou matematicamente os resultados experimentais e demonstrou também que fios percorridos por correntes interagiam Apesar desse conhecimento inicial das relações entre a Eletrici dade e o Magnetismo parecer rudimentar permitiu a viabilização do código Morse e do telégrafo elétrico Figura 13 patenteado por Samuel Morse Figura 14 17911872 em 1837 Para o mundo tecnológico atual o ano de 1831 é marcante Nesse ano Michael Faraday 17911867 apresentou um artigo científico denominado Experimental Researches in Eletricity no qual des creveu pela primeira vez o fenômeno da indução eletromagnética Esse talvez seja o fato histórico mais relevante para o modo de vida da sociedade atual uma vez que proporcionou dois desenvol vimentos tecnológicos importantes a possibilidade de conversão de maneira econômica da energia mecânica em elétrica e a possi bilidade de comunicação sem suporte material pelo uso de ondas eletromagnéticas Figura 13 O aparelho telegráfico Figura 14 Samuel Morse 132 Engenharia elétrica São marcos iniciais da tecnologia do século XX A conversão de energia mecânica em elé trica viabilizando as construções de usinas geradoras como as mostradas na Figura 3 levando ao desenvolvimento industrial Figura 15 e ao desenvolvimento do trans porte por tração elétrica 16 A possibilidade de transmissão de sinais à distância sem a necessidade de fios conduto res fazendo uso das ondas eletromagnéticas geradas por variações de campos elétricos e magnéticos variáveis no tempo permitiu o grande desenvolvimento das comunicações Figuras 17 e 18 Considerase que esse mar co tecnológico se deve a Guglielmo Marconi 18741937 que propôs o primeiro sistema prático de telégrafo sem fios em 1896 Essas conquistas tecnológicas eram associadas aos engenheiros eletricistas até meados do sé culo XX dividindoos de maneira simplista em Eletrotécnicos associados às máquinas e à dis tribuição de energia e Eletrônicos associados às Telecomunicações Porém os Físicos e Matemá ticos preparavam duas revoluções silenciosas a miniaturização dos circuitos e o tratamento dos problemas lógicos usando circuitos elétricos Figura 15 Conversão Eletromecânica de Energia Fábrica Automatizada Os computadores ganharam poderosos al goritmos de controle e tratamento de sinais executados com rapidez inimaginável e ad quiriram imensa capacidade de memória em espaços pequenos invadindo até mesmo a Medicina Adjetivar os engenheiros eletricistas hoje é tarefa impossível Máquinas Elétricas Sistemas de Potência Automação e Controle Computa ção Microeletrônica Telecomunicações Redes Inteligentes Engenharia Biomédica Energia Processamento de Imagens Engenharia de Software e tantos outros nomes que nos con fundem Todos nascidos na descoberta de Mi chael Faraday A verdadeira Engenharia Eletrônica nasceu com Michael Faraday Se quiser conhecer a história desse gênio da ciência e suas descobertas consulte httpwwwghtcuspbrBiografias FaradayFaraday3htm 133 UNIDADE V Figura 18 Telecomunicações Estação base de rede Figura 17 Telecomunicações Antenas de transmissão e recepção Figura 16 Conversão Eletromecânica de Energia Tração Elétrica 134 Engenharia elétrica Geração de energia elétrica em grandes quanti dades deve ser em corrente alternada Transmissão de energia elétrica em grandes quantidades à curta distância deve ser em cor rente alternada Transmissão de energia elétrica em grandes quantidades à longa distância deve ser em cor rente contínua Os primeiros dispositivos elétricos utilizados para as diversas aplicações ainda no século XIX eram em corrente contínua isto é de correntes elétricas mantidas constantes durante certo in tervalo de tempo Isso se devia ao fato de as cor rentes elétricas na época serem provenientes de geradores eletroquímicos O início do século XX viabilizou a construção de geradores de corrente alternada isto é com corren tes elétricas variando de maneira senoidal durante certo intervalo de tempo Isso se deveu fundamen Corrente Contínua X Corrente Alternada 135 UNIDADE V talmente à geração de corrente elétrica a partir do movimento de rotação de espiras em campos magnéticos indução eletromagnética A Eletricidade começava a ser usada em larga escala na ilumi nação nos transportes nos eletrodomésticos nas fábricas e nas comunicações Era o início de um negócio de alto lucro e duas tecnologias competiam a de corrente contínua defendida por Tho mas Edison 18471931 e a de corrente alternada defendida por George Westinghouse 18461914 com a tecnologia patenteada por Nikola Tesla 18561943 Como a disputa envolvia um negócio altamente promissor o grupo patrocinado por Edison tentou de todas as formas desacredi tar os trabalhos de Tesla relacionados com a corrente alternada Até mesmo o apelo para o obscurantismo foi tentado Edison sustentava que a corrente alternada era amaldiçoada O engenheiro Harold Brown patrocinado por Edison eletrocu tou um cachorro diante de uma plateia exasperada no Columbia College para provar o quanto a corrente alternada era perigosa Edison tentou associar o termo being electrocuted ser eletrocutado à expressão ser Westinghoused Apesar de a corrente contínua ter se mostrado menos eficiente para a geração de energia elétrica Edison não se conformou com o fato e patrocinou a execução de um elefante Topsy que acidentalmente matara uma pessoa em um circo em Coney Island O esforço de Edison em detratar a corrente alternada foi tal que patrocinou a invenção da cadeira elétrica por Harold Brown em Nova York tentando mostrar que a letalidade da corrente alternada era maior que da contínua Em 6 de agosto de 1890 a tentativa de executar o condenado William Kemmler na cadeira elétrica transformouse em um triste espetáculo de crueldade pois como os cálculos das tensões elétricas não estavam corretos vários choques sucessivos foram necessários para a execução A polêmica corrente contínua Edison versus corrente alternada Westinghouse foi bastante acirrada pois envolvia possíveis ganhos com a eletrificação das cidades tendo sido chamada de guerra das correntes Você pode saber mais sobre isso assistindo ao vídeo disponível em httpswwwyoutubecomwatchvvewg4uviZAw 136 Engenharia elétrica Custo Comparação de custo entre CC e CA Corrente alternada Corrente contínua Comprimento da linha km Linha em CC mais econômica Linha em CA mais econômica Figura 19 Economia em transmissão de Energia Fonte Piqueira e Brunoro 2000 Como futuro engenheiro você pode tirar uma importante li ção desse episódio soluções técnicas devem ser validadas com experimentos honestos e possuem intervalos de validade bem determinados Sabemos hoje que transmissão de energia elétrica pode ser feita em corrente contínua CC ou alternada CA Nas usinas a geração é em CA porém se a distância envolvida na transmissão da energia é maior que 700 km é mais econômico transmitila convertida em CC O gráfico da Figura 19 traz uma comparação dos custos para CC e CA Devese considerar ainda que para transportar grandes quan tidades de energia são necessárias altas tensões pois o processo envolve perdas Minimizálas para tensões menores implicaria utilizar condutores com bitolas enormes Assim de acordo com a distância a ser coberta pela rede existem tensões de transmissão padronizadas sendo as mais utilizadas Alta Tensão AT 138 e 230 kV Extra Alta Tensão EAT 345 440 500 e 765 kV Ultra Alta Tensão UAT 1000 e 1200 kV 137 UNIDADE V Maxwell unificou os trabalhos de Young Ørsted Ampère e Faraday em um conjunto de equações que permitiu mostrar a existência das ondas ele tromagnéticas Todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com velocidade 300 000 kms Conforme você notou ao longo desta unidade o século XIX teve uma posição de destaque no desenvolvimento da Eletricidade do Magnetismo e da Óptica mais especificamente da natureza da luz Um ponto importante desse desenvolvimento foi a previsão e a comprovação da existência de ondas eletromagnéticas O trabalho começa com Thomas Young Figura 20 17731829 que realizou pesquisas sobre cordas vibrantes e tubos sonoros e a in fluência das experiências com ondas sonoras e sobre a interferência de ondas na água levaram Young a apresentar à Royal Society of London em1801 os resultados dos seus experimentos sobre a interferência de raios luminosos que re velavam o caráter ondulatório da luz Ondas Eletromagnéticas 138 Engenharia elétrica Entre 1864 e 1865 James Clerk Maxwell Figu ra 21 18311879 unificou as teorias de Young Ørsted Ampère e Faraday em um conjunto de equações que passariam a ser conhecidas como equações de Maxwell As equações de Maxwell englobaram as leis da Eletricidade e do Magnetismo e além disso previram a existência de ondas eletromagnéticas que se deslocam no vácuo com a velocidade da luz ou seja 300 000 kms Essa previsão foi veri ficada experimentalmente por Henrich Rudolf Hertz Figura 22 18571894 em 1887 utili zando uma fonte de frequência conhecida para produzir ondas eletromagnéticas estacionárias Hertz mediu o comprimento de onda e como a frequência da onda é igual à da fonte ele usando a equação fundamental da ondulatória v λ f verificou que a velocidade da onda era igual à da luz comprovando a teoria de Maxwell Em reco nhecimento ao trabalho de Hertz a unidade de frequência no Sistema Internacional de medidas SI recebeu o nome de hertz Ondas eletromagnéticas são compostas por um campo magnético perpendicular a um cam po elétrico Figura 23 Assim como produzimos ondas mecânicas na água por meio da agitação de uma varinha podemos produzir ondas ele tromagnéticas no ar mediante a variação de uma corrente elétrica do movimento de uma carga elétrica de um campo elétrico ou magnético Figura 23 Representação da onda Eletromagnética Fonte Encrypted 2017 online6 Onda Eletromagnética Campo magnético B Comp de onda λ Campo elétrico E Direção da propagação Onda Eletromagnética Campo magnético B Comp de onda λ Campo elétrico E Direção da propagação Onda Eletromagnética Campo magnético B Comp de onda λ Campo elétrico E Direção da propagação Figura 20 Thomas Young Fonte Wikimédia 2017 online4 Figura 21 James Clerk Maxwell Figura 22 Henrich Rudolf Hertz Fonte Wikimédia 2017 online5 139 UNIDADE V As ondas eletromagnéticas fazem parte da vida das pessoas celular TV tablets Para conhecê las melhor assista a aula do professor Gil da Costa Marques em httpswwwyoutubecom watchvVNTBHXDarb4 A frequência das ondas produzidas é igual à fre quência da fonte Como todas as ondas eletromag néticas propagamse com a mesma velocidade no vácuo com a velocidade da luz sua classificação é feita com base na frequência ou no comprimen to de onda As frequências das ondas eletromag néticas variam de alguns ciclos por segundo Hz a valores quase inimagináveis como 1022 Hz que é a frequência de alguns raios cósmicos Em termos de comprimento de onda temos uma variação que inclui valores extremamente pequenos da ordem de picômetro1012 m até valores da ordem de metros Na Figura 24 temos o chamado espectro eletro magnético incluindo as frequências f e os com primentos de onda λ correspondentes Podemos observar que as ondas de rádio têm menor frequência e maior comprimento de onda Na sequência microondas infravermelho luz visível ultravioleta raios X e raios gama com frequências crescentes e comprimentos de onda decrescentes Refração de ondas A frequência f de uma onda eletromagnética depende exclusivamente da fonte que a gera Ao sofrer refração passagem de um meio para o outro sua velocidade de propagação v varia e portanto seu comprimento de onda λ também Matematicamente f vλ constante isto é v e λ variam na mesma proporção Figura 24 Espectro Eletromagnético Fonte Carron Piqueira e Guimarães 2017 Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code 140 Engenharia elétrica A matriz energética brasileira relativa à energia elétrica é predominantemente constituída por fontes renováveis Como estamos discutindo desde a primeira unidade as questões energéticas do planeta queremos termi nar apresentando alguns dados de interesse geral A Figura 25 indica a matriz energética brasilei ra relativa à geração de energia elétrica em 2011 e podemos observar a predominância de energias renováveis Hidráulica Biomassa e Eólica indi cando um país responsável em relação ao uso dos recursos naturais Na Figura 26 observamos a evolução da matriz energética brasileira comparada com a matriz mundial evidenciando a qualidade do sistema brasileiro em termos de sustentabilidade Encerramos esta unidade convidando os enge nheiros eletricistas de todas as especialidades má quinas sistemas de potência telecomunicações au tomação e controle eletrônica computação software biomédica redes e todos os outros a realizar seus projetos preservando a energia de nosso planeta Fontes de Energia 141 UNIDADE V Biomassa 297 Petróleo e derivados 384 Gás natural 93 Hidro elétrica 150 Carvão 64 Urânio 12 Biomassa 112 Petróleo e derivados 353 Gás natural 209 Hidro elétrica 21 Carvão 241 Urânio 64 Brasil Mundo 447 renovável 133 renovável BRASIL 2011 Hidráulica2 817 Biomassa3 65 Eólica 05 Gás Natural 46 Derivados de Petróleo 25 Nuclear 27 Carvão e Derivados1 27 BRASIL 2011 Hidráulica2 817 Biomassa3 65 Eólica 05 Gás Natural 46 Derivados de Petróleo 25 Nuclear 27 Carvão e Derivados1 27 Figura 25 Matriz energética elétrica brasileira 2011 Fonte Brasil Nosso 2017 online7 Figura 26 Matriz energética comparação Brasilmundo Fonte 3Bp 2017 online8 Prever as expansões da matriz energética brasileira é de interesse de toda população Para entender mais do assunto assista à palestra do professor José Goldemberg disponível no link httpswww youtubecomwatchvdqRlgXkGFiI 142 1 Fazem parte do escopo da Engenharia Elétrica a Geração e distribuição de energia pontes e telecomunicações b Telecomunicações estradas e computadores c Computadores pontes e estradas d Geração e distribuição de energia computadores e telecomunicações e Pontes estradas e siderurgia 2 Nas usinas hidrelétricas e eólicas a energia se converte de a Nuclear em elétrica b Mecânica em elétrica c Química em elétrica d Térmica em elétrica e Elétrica em química 3 Nas usinas termelétricas e nucleares a energia se converte de a Nuclear em elétrica b Mecânica em elétrica c Química em elétrica d Térmica em elétrica e Elétrica em química 4 Os fenômenos elétricos são conhecidos pela humanidade desde a 1945 b 1800 c 1793 d Século VI aC e Século I aC Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 143 5 A primeira máquina destinada a armazenar energia elétrica foi concebida por a Pieter van Musschenbroek b André Marie Ampère c Michael Faraday d Tales de Mileto e Isaac Newton 6 A relação matemática entre correntes elétricas e campos magnéticos foi pro posta por a Pieter van Musschenbroek b André Marie Ampère c Michael Faraday d Tales de Mileto e Isaac Newton 7 A conversão eletromecânica de energia fundamentase no fenômeno da a Eletrólise b Indução eletromagnética c Atração eletrostática d Gravitação universal e Conservação do momento angular 8 A geração de energia elétrica em grandes quantidades deve preferencialmente ser feita em a CC b CA c CC ou CA pois são equivalentes d Geradores químicos e Geradores termo hidráulicos 9 A transmissão de energia elétrica para grandes distâncias deve ser em a CC b CA 144 c CC ou CA pois são equivalentes d Via rádio e Via microondas 10 Suponha que as ondas eletromagnéticas no vácuo tenham comprimento de onda 12 104 A frequência de um receptor sintonizado deve ter para captálas a 25 1012 Hz b 25 1018 Hz c 25 109 Hz d 25 1016 Hz e 25 1020 Hz 11 A frequência de uma onda eletromagnética depende a Do meio b Da velocidade de propagação c Do comprimento de onda d Da densidade do meio e Da fonte 12 Todas as ondas eletromagnéticas têm no vácuo a A mesma velocidade de propagação b O mesmo período c A mesma frequência d O mesmo comprimento de onda e O mesmo índice de refração 13 O percentual total de energia elétrica consumida no Brasil proveniente de fontes renováveis no Brasil em 2011 era a 887 b 925 c 68 d 789 e 42 145 Energia e Meio Ambiente Autor Roger A Hinrichs Merlin Kleinbach Lineu Belico dos Reis Editora Cengage Learning Sinopse Energia e meio ambiente Tradução da 4ª edição norteamericana é um livro que enfatiza os princípios físicos por trás do uso da energia e seus efeitos sobre nosso ambiente Aborda a desregulação e o aumento da competição no setor de geração de energia o aumento dos preços do petróleo e o crescente compromisso global com as fontes de energia renováveis Ao examinar os di ferentes aspectos de cada recurso energético inclui os princípios envolvidos e as consequências ambientais e econômicas do seu uso e enfatiza o impacto ambiental do consumo de combustíveis fósseis a poluição atmosférica e o aquecimento global Esta edição inovadora traz artigos que discutem a questão energética no Brasil São discutidos os padrões de uso da energia no Brasil a conservação a energia de combustíveis fósseis a energia solar as fontes renováveis de energia e a energia nuclear entre outros importantes temas Tratase de uma obra de referência para estudantes e profissionais das várias áreas da engenharia e das ciências exatas Comentário Livro excelente para que o futuro engenheiro de todas modali dades possa conhecer os problemas associados à sustentabilidade de nosso planeta LIVRO 146 Carron W PIQUEIRA J R GUIMARÃES O FísicaPNLD São Paulo Editora Ática 2017 NEUMANN J V The Computer and the Brain USA Yale University Press 1958 PIQUEIRA J R C BRUNORO C M Energia uso geração e impactos ambientais São Paulo Editora Anglo 2000 Disponível em httpswwwresearchgatenetpublication266247679ENERGIAusogeracaoeim pactosambientais Acesso em 14 nov 2017 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpscommonswikimediaorgwikiCategoryPietervanMusschenbroekmediaFilePv MusschenbroektEjpg Acesso em 16 nov 2017 2Em httpwwwcoeufrjbracmqleydenpthtml Acesso em 16 nov 2017 3Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumb779C398rstedjpg200pxC398rsted jpg Acesso em 16 nov 2017 4Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumb99bYoungThomasblackwhitejpg200px YoungThomasblackwhitejpg Acesso em 16 nov 2017 5Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumb330HEINRICHHERTZJPG1200px HEINRICHHERTZJPG Acesso em 16 nov 2017 6Emhttpsencryptedtbn0gstaticcomimagesqtbnANd9GcTsebdYrWnmDWEpPGZfOiu2SnRjSE0X WIFMA18kmpbaPWUYoIRiZw Acesso em 16 nov 2017 7Em httpsbrasilnossowordpresscommatrizesenergeticasdobrasil Acesso em 16 nov 2017 8Em http3bpblogspotcom0vEyOqPpjEoTcslD7VmRfIAAAAAAAABC0Xxl7im8H0eos1600 energia1jpg Acesso em 16 nov 2017 147 1 D 2 B 3 D 4 D 5 A 6 B 7 B 8 B 9 A 10 A Resolução λ 12 104m v3 108ms f vλ 3 108 12 104 25 1012Hz 11 E 12 A 13 A Resolução Hidráulica 817 Eólica05 Biomassa 65 887 Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Apresentar a diferença entre Ciência Química e Engenharia Química Mostrar como a indústria se estrutura nas diversas ativida des correlatas à Engenharia Química Produtos Alimentos Fármacos Materiais Petróleo Apresentar o conceito de operação unitária e como ele permite simplificar os projetos e processos Descrever a metodologia para prever e controlar o balanço de materiais em processos Apresentar processos simples com aplicações industriais de balanço de massas Ciência e Engenharia Química e Indústria Balanço de materiais Exemplos de balanço de massas Operações unitárias Dr José Roberto Castilho Piqueira Engenharia Química Ciência e Engenharia A Química é a Ciência das transformações e a Engenharia Química projeta e implementa as transformações em larga escala Lavoisier é considerado o iniciador da Quí mica como Ciência e enunciou o princípio da conservação da massa em reações químicas A tabela periódica além de agrupar os ele mentos por propriedades físicas e químicas permitiu a previsão da síntese de elementos não existentes na natureza O Engenheiro Químico atua em um grande número de setores da atividade humana como a indústria farmacêutica e a agricultura 151 UNIDADE VI É um conhecimento quase lendário que diz que a Química tem origem na Alquimia prática da Idade Média que consistia na busca da pedra filosofal remédio de todos os males e que a um simples toque transformaria qualquer metal em ouro A pedra filosofal nunca foi encontrada mas a ideia de trans formação de uma substância em outra com novas propriedades é a base da Química que acompanhando o movimento geral de desenvolvimento passou a ser tratada com bases científicas durante o século XVIII O francês AntoineLaurent Lavoisier Figura 1a 17431794 ao enunciar a lei de conservação das massas em uma transformação deu origem à Ciência Química como é vista hoje depois de passar por grande desenvolvimento Apesar de todo seu brilho científico Lavoisier foi guilhotinado pela Revolução Francesa em 8 de maio de 1794 O grande matemá tico JosephLouis de Lagrange Figura 1b 17361813 contem porâneo de Lavoisier disse Não bastará um século para produzir uma cabeça igual à que se fez cair num segundo A evolução da Química como ciência nos séculos XIX e XX desvendou a estrutura da matéria permitindo a descoberta e a classificação dos elementos químicos Além disso permitiu o en tendimento de como esses elementos podem se agregar formando as moléculas e como elas podem reagir formando as substâncias que nos dão a vida mantendoas pelos constantes ciclos naturais Devemos a Dmitri Ivanovich Mendeleev Figura 2 18341907 a criação em 1869 da tabela periódica colocando os 63 elementos químicos então conhecidos na forma de uma tabela agrupando os de acordo com as massas atômicas e as propriedades físicas e químicas A tabela periódica dos elementos Figura 3 foi uma ideia tão importante que permitiu ao longo do tempo ser completada con tendo os 118 elementos químicos conhecidos atualmente sendo 92 naturais e 26 artificiais Figura 1a Lavoisier Figura 1b Lagrange Figura 2 Dmitri Ivanochi Mendeleev 152 Engenharia química O bom uso da ciência Química e o entendimento dos mecanismos de ligações e reações levaram a verdadeiras maravilhas síntese de fármacos pro cessamento de alimentos e melhoria da qualidade dos solos estão entre elas Começa então o encon tro da Ciência Química com a Engenharia Quí mica produzir em escala as descobertas e sínteses realizadas nos laboratórios disponibilizandoas para a melhoria da vida Essa é a essência da Engenharia Química modificar a composição conteúdo energético ou estado físico da matériaprima para que os produtos resultantes atendam determinado fim Para efetuar essas modificações em larga escala é necessário conceber um processo que deve ser composto de várias fases síntese projeto teste escalonamento operação controle otimização Assim o Engenheiro Químico está na indústria de transformação de uma maneira geral borracha celulose tintas corantes inseticidas derivados de petróleo resinas medicamentos e bebidas Figura 3 Tabela periódica dos elementos Fonte Tabela Periódica 2016 online1 Seus setores de atuação podem de maneira simplificada ser enumerados CREMASCO 2015 Automobilístico álcool gasolina óleo die sel lubrificantes Construção borracha tinta cal cimento Eletrônicos silicone fibras de carbono Energia gás para aquecimento Farmacêutico antissépticos anestésicos antitérmicos Bebidas cervejas fermentação Fibras sintéticas roupas cortinas cober tores Hortifrutigranjeiros fertilizantes fungici das inseticidas Limpeza detergentes desinfetantes ceras sabões Metais manufatura de aço e zinco Plásticos brinquedos baldes isolantes elé tricos Og oganessônio 118 294 Cu cobre 29 635463 Ni níquel 28 58693 Co cobalto 27 58933 Fe ferro 26 558452 Mn manganês 25 54938 Cr crômio 24 51996 V vanádio 23 50942 Ti titânio 22 47867 Sc escândio 21 44956 Ca cálcio 20 400784 Mg magnésio 12 24305 Be berílio 4 90122 K potássio 19 39098 Na sódio 11 22990 Li lítio 3 694 H hidrogênio 1 1008 Kr criptônio 36 837982 Br bromo 35 79904 Se selênio 34 789718 As arsênio 33 74922 Ge germânio 32 726308 Ga gálio 31 69723 Al alumínio 13 26982 Si silício 14 28085 P fósforo 15 30974 S enxofre 16 3206 Cl cloro 17 3545 Ar argônio 18 39948 B boro 5 1081 C carbono 6 12011 N nitrogênio 7 14007 O oxigênio 8 15999 F flúor 9 18998 Ne neônio 10 20180 He hélio 2 40026 Zn zinco 30 65382 Rb rubídio 37 85468 Cs césio 55 13291 Fr frâncio 87 223 Sr estrôncio 38 8762 Ba bário 56 13733 Ra rádio 88 226 Y ítrio 39 88906 Zr zircônio 40 912242 Hf háfnio 72 178492 Ta tântalo 73 18095 W tungstênio 74 18384 Re rênio 75 18621 Os ósmio 76 190233 Ir irídio 77 19222 Pt platina 78 19508 Au ouro 79 19697 Hg mercúrio 80 20059 Tl tálio 81 20438 Pb chumbo 82 2072 Bi bismuto 83 20898 Po polônio 84 209 At astato 85 210 Rn radônio 86 222 Rf rutherfórdio 104 267 Db dúbnio 105 268 Sg seabórgio 106 269 Bh bóhrio 107 270 Hs hássio 108 269 Mt meitnério 109 278 Ds darmstádtio 110 281 Rg roentgênio 111 281 Cn copernício 112 285 Nh nihônio 113 286 Fl fleróvio 114 289 Mc moscóvio 115 288 Lv livermório 116 293 Ts tenessino 117 294 Nb nióbio 41 92906 Mo molibdênio 42 9595 Tc tecnécio 43 98 Ru rutênio 44 101072 Rh ródio 45 10291 Pd paládio 46 10642 Ag prata 47 10787 Cd cádmio 48 11241 In índio 49 11482 Sn estanho 50 11871 Sb antimônio 51 12176 Te telúrio 52 127603 I iodo 53 12690 Xe xenônio 54 13129 La lantânio 57 13891 Ac actínio 89 227 Ce cério 58 14012 Th tório 90 23204 Pr praseodímio 59 14091 Pa protactínio 91 23104 Nd neodímio 60 14424 U urânio 92 23803 Pm promécio 61 145 Np netúnio 93 237 Sm samário 62 150362 Pu plutônio 94 244 Eu európio 63 15196 Am amerício 95 243 Gd gadolínio 64 157253 Cm cúrio 96 247 Tb térbio 65 15893 Bk berquélio 97 247 Dy disprósio 66 16250 Cf califórnio 98 251 Ho hólmio 67 16493 Es einstênio 99 252 Er érbio 68 16726 Fm férmio 100 257 Tm túlio 69 16893 Md mendelévio 101 258 Yb itérbio 70 17305 No nobélio 102 259 Lu lutécio 71 17497 Lr laurêncio 103 262 Tabela periódica 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 wwwtabelaperiodicaorg Licença de uso Creative Commons ByNCSA 40 Use somente para fins educacionais Caso encontre algum erro favor avisar pelo mail luisbrudnagmailcom Versão IUPAC ptbr com 5 algarismos significativos baseada em DOI101515pac20150305 Atualizada em 27 de março de 2017 57 a 71 89 a 103 Li lítio 3 6938 6997 número atômico símbolo químico nome peso atômico ou número de massa do isótopo mais estável 153 UNIDADE VI Linus Pauling 19011994 foi um importante Químico do século XX e a ele devemos entre outras coisas a distribuição dos elétrons em níveis de energia nos átomos e a explicação das ligações químicas Para saber mais sobre Linus Pauling consulte httpswwwebiografiacomlinuspauling 154 Engenharia química Química e Indústria Como o Engenheiro Químico trabalha proces sos de transformação em geral sua formação deve ser multidisciplinar Engenheiros Químicos podem trabalhar em de senvolvimento de produtos segurança gestão de projetos gestão financeira e vendas As engenharias Ambiental de Alimentos de Metalurgia de Materiais de Minas e de Petró leo podem ser consideradas da grande área Química Conforme já dissemos anteriormente o Enge nheiro Químico trabalha ligado a processos de transformação de matériaprima em produtos comerciais ou industriais Por essa razão sua pre sença é sempre notável nas mais diversas áreas de atividade demandando um conhecimento mul tidisciplinar que além das questões científicas e tecnológicas envolve responsabilidade social A atividade mais visível é a de engenharia de produto que trata do planejamento do processo 155 UNIDADE VI de transformação da garantia da qualidade dos resultados do aprimoramento e da otimização dos métodos de produção Além disso o enge nheiro de produto deve manter um forte conhe cimento do mercado monitorando os processos de custos e precificação decidindo continuidade ou desenvolvimento dos bens produzidos Outra atividade vital da Engenharia Química é a engenharia de segurança responsável pela qualida de do trabalho dentro das fábricas bem como pelo planejamento de uma interação sustentável e não poluidora entre as plantas industriais e seu entorno Cada projeto a ser implantado para a produção de um bem na indústria requer gestão cuidado sa planejando a capacidade produtiva necessária para atendimento das expectativas de vendas a estocagem da matériaprima e os cronogramas de entrega de produtos Essas atividades são normal mente exercidas pelo Engenheiro Químico gestor de projeto A gestão dos custos de produção é ati vidade do Engenheiro Químico gestor financeiro que além disso se ocupa do controle monetário da atividade industrial As Engenharias de maneira geral envolvem a geração de produtos cuja venda pode requerer conhecimento especializado do processo É o que faz o Engenheiro Químico de Vendas apresenta os produtos explicando como cada um deles pode compor o sistema do cliente Para exemplificar essas atividades vamos con siderar a indústria de refino de petróleo Figura 4 e petroquímica Tudo começa no projeto do pro cesso e na definição da composição do produto a ser fabricado engenharia de gestão de projeto Figura 4 Refinaria de petróleo 156 Engenharia química Uma vez implantada a unidade industrial e o que vai ser fabricado cabe monitorar a operação da planta garantindo a qualidade de produtos cata lizadores e processos engenharia de produto Essa operação deve ser segura tanto do ponto de vista interno como externo protegendo os tra balhadores de eventuais acidentes e cuidando da não degradação do meio ambiente engenharia de segurança Os gestores de projeto e financeiro planejam a produção do petróleo e dos produtos associados bem como seu armazenamento e distribuição Engenheiros de venda pesquisam desenvol vem o mercado e são responsáveis por prover assistência técnica quando necessário Essa amplitude das atividades de um Enge nheiro Químico proporciona uma grande super posição com atividades de engenharia que rece bem outras denominações e que talvez pudessem ser englobadas dentro de uma grande área Por exemplo o Engenhei ro Ambiental Figura 5 trabalha com tecnologias que permitem o desenvol vimento dos diversos seto res sem degradar o meio ambiente Cuida da água do ar e do solo recom pondo e saneando regiões e aprimorando matrizes energéticas O Engenheiro de Ali mentos Figura 6 cuida da fabricação análise conserva ção e transporte de alimentos in dustrializados e de bebidas Estuda e acompanha o processamento de matériasprimas básicas como o leite a carne as verduras as frutas e os legumes Figura 5 Engenharia Ambiental 157 UNIDADE VI Assim poderíamos também envolver as engenharias de Materiais de Metalurgia de Minas e de Petróleo todas elas ligadas a impor tantes transformações nas matériasprimas Figura 6 Engenharia de Alimentos A implantação de uma planta química é tarefa complexa e envolve conhecimentos de várias modalidades de engenharia Para saber mais sobre esse assunto consulte o excelente trabalho de formatura do site httppropoliuspbrwpcontentuploads2012pubs planejamentodoarranjofisicodeumaindustriaquimicapdf 158 Engenharia química Operações Unitárias A sistematização do projeto dos processos em Engenharia Química se dá a partir do conceito de operações unitárias Existem três tipos de operações unitárias me cânicas transferência de energia e transferên cia de massa A multidisciplinaridade e a diversidade de proces sos em que a Engenharia Química está envolvida parece em um primeiro momento ser um ramo de estudos de difícil sistematização Entretanto em 1915 o Engenheiro Quími co do Instituto de Tecnologia de Massachucetts Arthur Dehon Little 18631935 apresentou o conceito de operações unitárias permitindo a divisão de um processo químico em etapas básicas de três tipos fundamentais mecânicas transferência de massa e transferência de energia Figura 7 159 UNIDADE VI Figura 7 Arthur Dehon Little Fonte The new Atlantis 2017 online2 Assim cada etapa de um processo químico na indústria recebe o nome de operação unitária O conjunto de todas as etapas é chamado processo unitário Consideramse como operações unitá rias mecânicas aquelas que envolvem transporte ou separação de fluidos e sistemas particulados São exemplos desse tipo de operação unitária Filtração separação de particulados por diferença de tamanho entre as partículas e os poros do elemento filtrante encon trados na fabricação de adesivos e fibras artificiais Flotação separação de sólidos por meio da suspensão de matéria para a superfície de um líquido e sua posterior remoção encontrado na fabricação de resinas e tra tamento de água Sedimentação separação de particulados por meio de deposição de material encon trado na fabricação de papel e tintas As operações unitárias de transferência de energia envolvem a troca de calor entre as partes compo nentes de um processo São exemplos desse tipo de operação unitária Aquecimento fornecimento de energia a um fluido ou sólido presente na indústria de adesivos e fertilizantes Condensação retirada de energia de um vapor para provocar sua mudança de es tado presente na indústria de inseticidas e derivados do petróleo Trocador de calor processo simultâneo de aquecimento e resfriamento envolven do correntes de fluídos encontrado na in dústria de açúcar petróleo e bebidas As operações unitárias de transferência de massa envolvem a troca de matéria entre as partes com ponentes de um processo São exemplos desse tipo de operação unitária Absorção separação preferencial de molé culas presentes em uma mistura gasosa por meio de sua retenção em um líquido presente na indústria de ácido sulfúrico e fertilizantes Adsorção separação preferencial de mo léculas presentes em um gás ou líquido por meio de sua retenção em um sólido presente na indústria de fármacos e resinas Destilação separação de líquidos por aquecimento baseado na diferença de seus pontos de ebulição presente na indústria de derivados de petróleo e tintas As operações unitárias são a base da Engenharia Química Para entendêlas melhor consulte as notas de aula do professor Armin Isenmann disponíveis em httpsistemastimoteocefetmg brnosmediabdlivroquimicaoperacoes unitarias042019pdf 160 Engenharia química Balanço de Materiais O conceito de operações unitárias permite decompor processos em etapas e analisálas separadamente Definido um sistema e um intervalo de tempo a equação de balanço de propriedades exten sivas pode ser aplicada O conceito de operações unitárias permite uma sistematização da metodologia de estudo de um processo por sua decomposição sucessiva em etapas aplicando a cada uma delas o balanço de quantidades relativas às grandezas extensivas de cada etapa Simplificadamente entendemos por grandezas extensivas a massa a energia a carga elétrica e a quantidade de partículas Assim para enunciarmos a lei geral de balanço de grandezas extensivas é necessário definir os seguintes pontos 161 UNIDADE VI Qual a propriedade cuja quantidade Q será analisada Qual é a fronteira do sistema Qual o intervalo de tempo a ser considerado Uma maneira pictórica de se enxergar a lei de balanço está mostrada na Figura 8 e estabelece remos a seguinte notação Qentrada quantidade da grandeza extensiva entrando no sistema Qsaída quantidade da grandeza extensiva saindo do sistema Qgerada quantidade da grandeza extensiva gerada no sistema Qconsumida quantidade da grandeza extensi va consumida no sistema Qinstantânea quantidade da grandeza extensi va existente no sistema SISTEMA Qentrada Qsaída Fronteira Figura 8 Balanço de propriedades extensivas Fonte o autor Examinando a Figura 8 observase que Qentrada e Qgerada contribuem positivamente para Qinstantânea enquanto que Qsaída e Qconsumida contribuem negati vamente Logo a equação de balanço de proprie dades extensivas do sistema pode ser escrita para um dado intervalo de tempo entre um instante inicial ti e um instante final tf Qinstantânea final Qinstantânea inicial Qentrada Qgerada Qsaída Qconsumida Exemplo Vamos fazer um exemplo simples mas que ilustra de maneira simples a equação de balanço Ao levantar pela manhã uma pessoa encontra uma garrafa de água contendo 500g do precioso líquido e consome 200g Outra pessoa ao acor dar mais tarde e encontrar a garrafa resolve repor 400g de água Apesar da trivialidade do exemplo podemos estabelecer os seguintes pontos Propriedade extensiva massa de água Sistema garrafa Instante inicial primeira pessoa acorda Instante final segunda pessoa termina de adicionar líquido à garrafa Com essas informações Qinstantânea inicial 500g Qsaída 200g Qentrada 400g Qgerada0 Qconsumida 0 e portanto Qinstantânea final 500 4000 2000 implicando Qinstantânea final 700g Entre os processos de transferência de massa a difusão é de grande utilidade na prática Para saber mais sobre esse assunto assista ao vídeo disponível em httpswwwyoutubecom watchvrbB6FhBAp6U 162 Engenharia química 1a Lei da Termodinâmica Balanço Energético A primeira lei da Termodinâmica é uma aplicação da equação de balanço de quantidades extensivas Especificamente em relação a um sistema termodinâmico Figura 9 Figura 9 Sistema Termodinâmico Fonte Carron e Piqueira 2017 a quantidade de energia Q na forma de calor trocada pelo sistema com o meio externo o trabalho mecânico Ʈ trocado pelo siste ma com o meio externo a variação de energia interna U Ufinal Uinicial do sistema termodinâmico Assim se um sistema termodinâmico recebe calor do meio externo e realiza trabalho sobre ele sua equação de balanço energético fica Ufinal Uinicial Q Ʈ Usina termoelétrica princípio de funcionamento Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code 163 UNIDADE VI Exemplos de Balanço de Massas Fluxo ou vazão em massa é a massa por unida de de tempo que entra ou sai do componente de um sistema O balanço de massas é equivalente ao balanço de fluxos Quando falamos de balanço de massa em um processo químico partimos do pressuposto que as massas relativas a certos compostos e a certas partes do sistema variam ao longo do tempo Assim vamos estabelecer uma notação de finindo taxa de variação da massa de um certo composto ou componente como w m t dada em unidades de massa por unidade de tempo por exemplo em kgh ou gs Exemplo Uma companhia fabrica o produto P a partir de um reagente R sob a seguinte equação es tequiométrica 164 Engenharia química R P W com W representando o resíduo indesejado da reação A Figura 10 esquematiza o processo considerandose que a reação ocorre na unidade 1 na unidade 2 o resíduo é removido e na unidade 3 executase uma purificação 1 2 3 A WR WP WW WR WP WW WR WP WW WR WP WW B D C WR WP WW WR WP WW E F Figura 10 Processo de produção do produto P Fonte o autor Na Tabela 1 fornecemos as taxas relativas às massas de cada um dos participantes da reação nos diversos pontos do processo Fluxo wtotal kgh wR kgh wP kgh ww kgh A 200 2 2 B C 10 10 D E 150 30 120 0 F 28 12 0 Tabela 1 Fluxos Produção da substância P Fonte o autor Na sequência mostraremos como completar a tabela resolvendo as interrogações O balanço de massas do fluxo em A pode ser escrito como 200 wR 2 2 e portanto wR 196 kgh Como no reator não há perda de massa para o fluxo em B wtotal 200 kgh 165 UNIDADE VI Fazendo o balanço de massas na unidade 3 para o fluxo em F podemos escrever wtotal 28 12 0 e portanto wtotal 40 kgh Para os fluxos em C da unidade 2 é simples concluir que wR wp 0 Para bem da clareza vamos repetir a tabela acrescentando os valores obtidos até aqui Fluxo wtotal kgh wR kgh wP kgh ww kgh A 200 196 2 2 B 200 C 10 0 0 10 D E 150 30 120 0 F 40 28 12 0 Tabela 2 Fluxos Produção da substância P Fonte o autor Como na unidade 3 o fluxo em D deve ser a soma dos fluxos em E e F temos wR 30 28 58 kgh wP 120 12 132 kgh e ww 0 o que nos permite reescrever a tabela Fluxo wtotal kgh wR kgh wP kgh ww kgh A 200 196 2 2 B 200 C 10 0 0 10 D 190 58 132 0 E 150 30 120 0 F 40 28 12 0 Tabela 3 Fluxos Produção da substância P Fonte o autor 166 Engenharia química Como na unidade 2 o fluxo B é igual à soma dos fluxos em C e D escrevemos wR 0 58 58 kgh wP 0 132 132 kgh wW 10 0 10 kgh e completamos a tabela Fluxo wtotal kgh wR kgh wP kgh ww kgh A 200 196 2 2 B 200 58 132 10 C 10 0 0 10 D 190 58 132 0 E 150 30 120 0 F 40 28 12 0 Tabela 4 Fluxos Produção da substância P Fonte o autor A primeira lei da termodinâmica pode ser entendida como uma equação de balanço de energia Para saber mais sobre o assunto assista ao vídeo httptvculturacombrvideos53852fisicageral aula19utilidadedocaloraprimeiraleidatermodinamicahtml Assim completamos esta unidade entendendo que a Engenharia Química com toda sua abrangência e amplitude de uso pode ser estudada de maneira sistemática pelas operações unitárias 167 1 O cientista considerado o pai da Química foi a Proust b Dalton c Richter d Lavoisier e Mendeleev 2 O idealizador da tabela periódica foi a Proust b Dalton c Richter d Lavoisier e Mendeleev 3 Realizar projetos de processos de transformação de matériaprima em larga escala é trabalho do a Engenheiro Civil b Engenheiro Químico c Engenheiro Eletricista d Engenheiro Mecânico e Engenheiro Ambiental 4 As principais atividades da Engenharia Química são a Projeto produto segurança gestão e vendas b Projeto produto simulação computacional gestão e vendas c Projeto ensino segurança gestão e vendas d Projeto produto segurança gestão e seleção de pessoal e Projeto produto segurança pagamento de fornecedores e vendas Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 168 5 A Engenharia Ambiental pode ser considerada da grande área Química pois a Trabalha com a previsão do tempo b Cuida dos processos de preservação da qualidade da água do ar e do solo c Cuida das descargas elétricas na atmosfera d Trabalha com o aumento da eficiência da produção e Cuida da produção de materiais poliméricos 6 A Engenharia de Alimentos pode ser considerada da grande área Química pois a Estuda as frutas e verduras b Cuida dos processos saudáveis de alimentação c Projeta máquinas e fornos d Estuda a transformação de matériaprimas básicas como leite carne verduras frutas e legumes e Projeta biodigestores 7 Existem três tipos de operações unitárias a Mecânicas Hidráulicas e Elétricas b Mecânicas Transferência de Energia e Transferência de Entalpia c Mecânicas Elétricas e Transferência de Massa d Mecânicas Transferência de Energia e Elétricas e Mecânicas Transferência de Energia e Transferência de Massa 8 Flotação é uma operação unitária a Mecânica b Transferência de massa c Transferência de Energia d Geração de Energia e Transferência de Quantidade de Movimento 9 Destilação é uma operação unitária a Mecânica b Transferência de massa c Transferência de Energia d Geração de Energia e Transferência de Quantidade de Movimento 169 10 Um container não vedado contém 25 kg de acetona e duas horas depois 23 kg de acetona permanecem no container A perda de massa foi de a 6 kg b 3 kg c 8 kg d Zero e 2 kg 11 Depois de quanto tempo não restará acetona no container a 05 h b 15 h c 12 h d 25 h e 11 h 12 Um gás ideal absorve 50cal de energia na forma de calor e se expande reali zando um trabalho de 100J Considerando 1cal 4J qual a variação da energia interna do gás 170 Vale a pena estudar Engenharia Química Autor Marco Aurélio Cremasco Editora Blucher Sinopse este livro procura mostrar a importância da Engenharia Química e como ela se faz presente no cotidiano das pessoas A intenção é a de ser um livro introdutório em que se deixam fórmulas químicas e equações matemáticas para outra oportunidade visando esclarecer aspectos sobre a formação do en genheiro químico Buscase portanto entender a Engenharia Química por meio de áreas e campos de atuação do seu profissional assim como dos produtos e serviços advindos de suas atividades Além disso existe a preocupação de contextualizar a profissão por meio da apresentação de um pouco da história mundial e nacional da Indústria Química e da Engenharia Química assim como das responsabilidades e habilidades desejadas ao engenheiro químico ressal tando a importância da Ética como norteadora de suas ações LIVRO 171 CREMASCO M A Vale a Pena Estudar Engenharia Química São Paulo Blucher 2015 GLOVER C J LUNSFORD K M FLEMING J A Conservation Principles and the Structure of Engi neering USA McGraw Hill Inc 1996 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpswwwtabelaperiodicaorgtabelaperiodicaatualizada2016versoesparaimpressao Acesso em 21 nov 2017 2Em httpwwwthenewatlantiscomimgLib20141021TNA42Mills08Littlejpg Acesso em 22 nov 2017 172 1 D 2 E 3 B 4 A 5 B 6 D 7 E 8 A 9 B 10 E 11 D 12 Q 504 200J 100J Logo U 200100 100J Diário de Bordo Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Descrever os principais tipos de operações em uma in dústria e apresentar resumidamente metodologias de gestão Apresentar métodos aplicativos e processos para gestão econômica de empreendimentos Descrever estratégias de montagem de sistemas de in formação para empreendimentos públicos ou privados Apresentar os conceitos relativos ao ciclo de vida de pro dutos e empreendimentos levando em conta parâmetros de sustentabilidade Descrever como considerar o ser humano como protago nista do trabalho e de suas ações no ambiente Gestão de Operações Gestão Econômica Ciclo de Vida Ergonomia Sistemas de Informação Dr José Roberto Castilho Piqueira Indústria e Produção Gestão de Operações Os fundamentos científicos da engenharia de produção foram estabelecidos por Taylor USA e Fayol França A gestão de operações em uma indústria se divide em recursos humanos recursos ma teriais transformações e qualidade O Sistema Toyota de Produção introduziu o con ceito de just in time eliminando o desperdício Conforme você deve ter notado nas unidades re lativas às Engenharias Civil Elétrica e Química uma boa parte do trabalho do engenheiro está relacionada com o planejamento e controle dos processos com o cumprimento de prazos e com a viabilização financeira dos empreendimentos Esse tipo de atividade está presente em todos os ramos da vida humana tendo em vista que o aumento da população requer racionalidade e produção em larga escala dos bens relacionados ao dia a dia da espécie humana e de seu ambiente 177 UNIDADE VII A percepção da necessidade de bases lógicas para planejamento e controle da produção origem da chamada Engenharia de Produção ou Indus trial talvez se deva à Frederick Winslow Taylor 18561915 Figura 1 que ao observar o modelo de produção da indústria americana do início do século XX pensou em estabelecer bases científicas para os processos produtivos Nessa época a indústria automobilística ameri cana se fundamentava no modelo de Henry Ford 18631947 pioneiro da indústria automobilística que preconizava que cada operário deveria fazer uma parte específica do produto tornandose um especia lista voltado para os detalhes de sua peça Figura 2 Taylor era um engenheiro mecânico e foi presi dente da ASME American Society of Mechanical Engineering tendo escrito vários artigos publica dos nos periódicos da época Entretanto sua obra seminal é o livro de 1911 Principles of Scientific Management editado pela Harper Brothers em Londres e Nova York Nesse livro estão colocadas as bases do Tay lorismo que defende a especialização e visão de tarefas com rigoroso treinamento para os ope rários além da execução de um controle sobre o rendimento de cada um atribuindo prêmios àque les que as executam com maior eficiência Além disso defendia que o processo de produção era de responsabilidade dividida equitativamente entre o corpo diretivo da fábrica e seus operários Figure 1 Frederick Winslow Taylor Fonte Wikipédia 20171 Figura 2 Henry Ford Fonte Qad 20172 178 Indústria e produção Contemporaneamente a Taylor porém na França Jules Henri Fayol 19411925 Figura 3 que tinha como formação a Engenharia de Minas propôs o que se chama nos dias de hoje a Teoria Clássica da Administração composta por 14 princípios divi são do trabalho disciplina unidade de comando unidade de direção subordinação dos interesses particulares ao interesse geral remuneração cen tralização hierarquia ordem equidade estabilida de do pessoal iniciativa e união do pessoal Embora as ideias propostas por Taylor e Fa yol apresentem divergências principalmente em relação às hierarquias de comando ambos con juntos de princípios são aplicáveis considerando sua adequação a cada caso particular Taylor iniciou trabalhando como operário passou pela função de contramestre e chegou a engenheiro chefe Por isso seus princípios têm um bom olho dos operários e do pessoal de linha de produção combinado com o ponto de vista do corpo diretivo da fábrica Fayol sempre trabalhou ligado à administração superior da companhia em que trabalhava e pos teriormente trabalhou na administração pública francesa Por isso seus princípios se assemelham a um receituário para a alta administração Nos dias de hoje essa metodologia desenvol vida no início do século XX deve ser aplicada a sistemas produtivos cada vez mais complicados muitas vezes constituídos por um emaranhado de processos de entrada saída e retroalimenta ção De maneira simplificada poderíamos dizer que processos são atividades ou conjuntos de atividades que a partir de entradas as transfor mam fornecendo uma saída Uma maneira mais específica de se expressar isso é considerar que um processo é um conjunto de recursos mate riais e humanos submetidos a regras normas e transformações que devem gerar um produto Assim gerir um processo é prover e gerir recur sos projetar e controlar regras de transformação para obter um produto específico dentro de padrões de qualidade previamente definidos veja na figura a seguir a divisão das tarefas de gestão de um processo A gestão de recursos humanos fundamenta da nos modelos de Taylor e Fayol tem sido exer cida de maneira a criar linhas de montagem de móveis com trabalhadores especializados Figura 3 Jules Henri Fayol Fonte Wikimédia 2017 online3 179 UNIDADE VII Embora essa abordagem seja de sucesso tem como principal desvantagem a pouca flexibilidade pois a cada nova versão ou novo produto novas fer ramentas devem ser projetadas e a mão de obra trei nada novamente aumentando os custos de produção No ambiente industrial dos dias de hoje os ope rários trabalham em grupos colaborativos com au togestão permitindo flexibilidade de funções e de atuação melhorando a eficiência da mão de obra A gestão de materiais é também um ponto em que as estratégias de controle estão sendo for temente modificadas A verticalização e o controle de todas as fontes de suprimento estão sendo subs tituídos pelo chamado just in time Nessa modali dade a indústria associa à matériaprima de seus produtos fornecedores dedicados que fornecem material apenas quando necessário É o que se pode chamar de combate à cultura do desperdício É na gestão das transformações que as in dústrias estão se aprimorando a cada dia O desen volvimento de ferramentas computacionais e de automação permite uma grande economia pois evita a troca de hardware quando os processos precisam ser alterados Mudanças de softwares e ampliações de memória dão conta das atualiza ções mantendo máquinas e pessoas As novas maneiras de gerir a fabricação dos produtos industriais permitem uma grande re dução de custos proveniente da eliminação de desperdícios e de compra de máquinas e fer ramentas Além disso o uso de ferramentas de precisão lasers e fibras ópticas controlados por software tornou a gerência da qualidade o fator primordial da inserção de produtos no mercado A indústria automobilística por exemplo antes dominada pelo alto luxo e alto preço voltase para a alta qualidade de baixo preço fundamentada no chamado Sistema Toyota de Produção criado por Eiji Toyoda Figura 4a 19132013 da família proprietária das indústrias Toyota e de seu enge nheiro chefe Taiichi Ohno Figura 4b 19121990 O sistema Toyota de Produção concebido pelo Engenheiro Taiichi Ohno revolucionou a indústria em todo mundo Para saber mais sobre ele assista httpswwwyoutubecom watchv1SvaVIvbEnM Figura 4a Eiji Toyoda Fonte Encrypted 2017 online4 Figura 4b Taiichi Ohno Fonte Encrypted 2017 online5 180 Indústria e produção A gestão econômica no ambiente industrial está ligada aos custos de fabricação de um dado produto Esse custo inclui insumos como recursos ma teriais e humanos bem como administração depreciação e energia A gestão econômica de um negócio comercial foi ao longo do tempo objeto de um raciocínio simples X Receita isto é quanto recebi pelas mer cadorias vendidas Y Despesa isto é quanto paguei por elas quanto gastei de aluguel salários de funcio nários impostos contas de água e energia Lucro X Y Entretanto essa maneira de calcular embora útil resume nos dias de hoje procedimentos mais complicados uma vez que no ambiente indus trial a expressão quanto paguei por elas pode ser difícil de ser calculada diferentemente de um ambiente comercial em que as mercadorias são compradas prontas diretamente dos fornecedores Gestão Econômica 181 UNIDADE VII Até os anos 90 as indústrias fabricavam pro dutos submetidos a inovações mais vagarosas e suas máquinas e ferramentas requeriam reno vação em ritmo não muito rápido tornando a estrutura de custos de fabricação mais previsível O advento dos computadores da explosiva miniaturização da eletrônica e da automação mudou totalmente esse panorama Para manter suas posições nos mercados as indústrias devem produzir produtos inovadores e com conteúdo tecnológico cada vez mais alto Isso requer renovações em produtos e linhas de produção flexíveis que permitam alterações constantes com equipes de trabalho criativas pro duzindo softwares renovados para um hardware que na medida do possível deve ser mantido É da gestão da expressão quanto paguei por elas ou do custo de fabricação que estamos tra tando nesta seção ressaltando que não estamos propondo uma abordagem completa e fechada mas algumas noções que podem ser úteis se aperfeiçoadas em estudos posteriores Iniciamos definindo custo de fabricação como o valor dos insumos consumidos na fabricação de um dado produto entendendo por insumos a matéria prima os recursos humanos a energia elétrica as máquinas as ferramentas e os equipamentos En tre os custos de recursos humanos distinguemse aqueles relativos à mão de obra direta relacionada diretamente com a fabricação e a indireta relacio nada com os recursos necessários para a adminis tração e os cuidados com o ambiente fabril É importante ressaltar também que máqui nas ferramentas e equipamentos estão sujeitos à depreciação custo relacionado com a sua perda de valor ao longo do tempo Exemplo Para tornar mais claras essas ideias vamos con siderar que uma certa fábrica que produz dois produtos ao final de um mês de operação apre sentou os seguintes custos Salários R 20 000 Materiais de consumo R 8 000 Depreciação R 2 000 Energia Elétrica R 800 Os custos divididos por item de despesa encon tramse na Tabela 1 Item Valor R Administração Geral Manutenção Usinagem Montagem Salários 20 00000 10 00000 2 00000 6 00000 2 00000 Materiais 8 00000 80000 1 80000 2 00000 3 40000 Energia 80000 20000 30000 20000 10000 Depreciação 2 00000 1 50000 50000 Total 30 80000 11 00000 5 60000 8 70000 5 50000 Tabela 1 Custos de Fabricação Fonte o autor 182 Indústria e produção Nesse exemplo podemos distinguir Custos Fixos salários depreciação R 22 00000 Custos Variáveis energia materiais R 8 80000 Custos diretos relativos à fabricação usinagem montagem R 14 20000 Custos indiretos administração manu tenção R 16 60000 Análise Algumas conclusões que podem ser úteis Os maiores custos são os de administração custo indireto Os custos de energia são pouco conside ráveis Se a fábrica produzir 200 unidades do pro duto A gastando 60 dos recursos o custo de produção de A será de CA 06 30 800 200 R 924 por uni dade produzida Se a fábrica produzir 100 unidades do pro duto B gastando 40 dos recursos o custo de produção de B será de CB 04 30 800 100 R 1232 por uni dade produzida Princípio de Pareto O princípio de Pareto é uma técnica para selecio nar prioridades quando há vários fatores contri buindo para um certo ponto a ser aprimorado Se gundo o economista Vilfredo Pareto 18481923 os itens significativos normalmente pertencem a um número pequeno de itens o que se pode identificar no chamado Diagrama de Pareto Considerando o exemplo da Tabela 1 pode mos fazer um gráfico circular para aplicar o Prin cípio de Pareto analisando os custos de fabricação dos produtos exemplificados conforme mostra a Figura 5 A análise desse gráfico segundo Pareto indica que um único item salários é responsável por 65 do custo de fabricação Além disso salários e materiais são responsáveis por 91 dos custos A gestão econômica é item fundamental para a composição do custo dos produtos que no mercado altamente competitivo como o atual é decisivo para o sucesso do empreendimento Para saber mais sobre este assunto leia o artigo do site abaixo httpwwwscielobrscielophpscriptsci arttextpidS141392511996000200001 Figura 5 1 Salários 2 Materiais 3 Energia 4 Depreciação Fonte o autor 65 26 65 25 1 2 3 4 Princípio de Pareto Custos Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code 183 UNIDADE VII As arquiteturas computacionais combinam três tipos de função memória processamento e entrada e saída de dados A hiperminiaturização da eletrônica e o proces samento digital de sinais criaram ambientes virtuais de trabalho de grande eficiência Conforme já apresentamos em nossa Unidade III devemos a John Von Neumann VON NEU MANN 1945 a arquitetura de computadores composta por três funções básicas memórias processamento e entrada e saída de dados Em 1965 Gordon Earle Moore Figura 6 nascido em 1929 e fundador da Intel empresa pioneira na fabricação de chips eletrônicos previu que o número de transistores no interior de um mesmo chip dobraria a cada 18 meses levando à hiperminiaturização dos componentes eletrôni cos sem aumento de custos Sistemas de Informação 184 Indústria e produção Para efeito de ilustração desse fato a Figura 8 mostra o interior de um chip com as diversas camadas de material depositado formando os componentes internos Durante esse mesmo período o processamen to digital de sinais revolucionou as telecomuni cações e nos dias de hoje dispositivos eletrôni cos baratos e pequenos se comunicam trocando grande quantidade de informação transformando empresas em todo o mundo As barreiras físicas acabaram e a arquitetura Von Neumann pode ter suas partes descentra lizadas e espalhadas pelo mundo O conceito de empresa global está cada dia mais presente na vida das pessoas Aplicativos desenvolvem negócios antes impensáveis empresas líderes em transporte de pessoas não possuem veículos empresas líde res na indústria hoteleira não possuem imóveis Figura 6 Lei de Moore Gordon Earle Moore Fonte Ethw 2017 online7 Figura 7 Expressão gráfica da Lei de Moore Fonte Wikipédia 2017 online7 Essa previsão de fato materializouse A Figura 7 mostra o crescimento do número de transistores para processadores Intel pontos e a previsão de Moore linha de cima18 meses linha de baixo24 meses 185 UNIDADE VII interior de um chip Figura 8 O interior de um chip 186 Indústria e produção Enfim a automação de proces sos comerciais ou industriais as ferramentas de projeto e planejamento que tanto nos maravilharam no século XX são barreiras vencidas Esta mos agora no mundo virtual com arquiteturas em nuvem oferecidas por grandes indús trias líderes e inovadoras É do uso delas que falaremos aqui brevemente O conceito de organiza ção virtual consiste no bom uso das comunicações entre seus diversos componentes recursos humanos clientes e fornecedores podendo até mesmo incluir concorrentes A distância passa a ser um fator irrelevante e via dispositivos de comunicação pessoas e organizações se juntam de maneira tempo rária ou duradoura com nível de burocracia bastante simplificado Uma outra forma moderna de trabalho são as chamadas redes virtuais de colaboração formadas por pessoas ou organizações interessadas em trocar informações com seus pares A rede Whats up é um grande exemplo de sucesso nessa área reunindo famílias e amigos dispersos pelo mundo Na indústria brasileira de petróleo há uma importante rede de colaboração unindo Petrobrás USP PUCRio UFRJ UFAL e ITA Essa rede tem sido decisiva para a pesquisa e o desenvolvimento na área sendo responsável por importantes progressos do país Uma terceira forma interessante é a dos trabalhadores vir tuais Pessoas com compromissos familiares portadores de defi ciência de locomoção ou pessoas localizadas em outras cidades podem trabalhar de suas casas sem precisar ir aos escritórios Os encontros pessoais podem até ser realizados remotamente uti lizando programas de videoconferência Enfim é o mundo sem distâncias resultado da criatividade e da inteligência humana Novas empresas virtuais surgem diariamente Se você quer saber mais sobre como elas funcionam leia o artigo de Geraldo Maciel de Araújo encontrado em httpwwwabeproorgbrbiblioteca ENEGEP1997T6303PDF Chipset 187 UNIDADE VII O ciclo de vida de um produto compreende in trodução crescimento maturidade e declínio A sustentabilidade de uma indústria deve ser mantida pelo bom planejamento do declínio dos velhos produtos e do crescimento de novos Um dos parâmetros importantes na definição de um produto é seu ciclo de vida Produtos são con cebidos inicialmente como ideias nos cérebros das pessoas Em seguida passam para o papel como ras cunhos para que as ideias possam ser comunicadas a possíveis interessados Do papel para o chamado modelo aranha temos uma passagem de definição de especificações materiais ferramentas e mercado Do modelo aranha para o protótipo defi nemse os procedimentos de fabricação as listas de componentes e os possíveis preços de venda Essa é uma fase de preparação que nos mercados atuais precisa ser rápida e de fácil adaptação pois novas concepções de produtos aparecem todos os dias Até o final dos anos 80 essa fase de concep ção era bastante cuidadosa pois se imaginava que um produto uma vez no mercado teria vida muito longa com produção e venda ga rantida e praticamente contínua Ciclo de Vida 188 Indústria e produção O Fusca Figura 9a e a máquina de escrever Fi gura 9b provavelmente representam para você peças de museu mas foram produtos de grande sucesso sobrevivendo mais de 30 anos no mercado Nos dias de hoje pequenos computadores de grande capacidade e flexibilidade embora sejam duráveis são rapidamente substituídos pois seus usuários estão sempre ávidos por novidades Esse é um fenômeno que ocorre de maneira ge ral para roupas aparelhos de TV carros telefones celulares e tantos outros bens de capital e consumo Enfim parece que a cultura do desperdício passou da indústria para o mercado consumidor com prometendo decisivamente o futuro do planeta Mesmo diante dessa nova postura industrial e do mercado consumidor podemos dividir o ciclo de vida de um produto após sua concepção em introdução crescimento maturidade e declínio A introdução caracterizase normalmente por elevadas despesas e a incorporação de inova ções para que o produto atenda efetivamente o mercado O crescimento caracterizase pelo au mento de suas vendas e pelo reconhecimento do mercado da sua qualidade Na maturidade a taxa de crescimento das vendas estabilizase e o custo de produção fica reduzido É o tempo de picos de vendas e lucros sinalizando entretanto necessi dade de novas ideias para manter o mercado Já o declínio de um produto é inevitável as vendas e lucros diminuem e um bom planejamento do fim do produto se faz necessário para manter a rentabilidade global da empresa O conceito de ciclo de vida de um produto é fator importante na definição de estratégias de mercado Para saber mais sobre o assunto assista à aula do Prof Aldo Roberto Ometto disponível em https wwwyoutubecomwatchvLSR6w14aWVE Figura 9a Fusca Figura 9b Máquina de escrever 189 UNIDADE VII A Ergonomia proporciona métodos de projeto para que os processos sejam adequados aos seres humanos que deles participam A Ergonomia deve cuidar de fatores físicos e psicológicos dos trabalhadores Os trabalhos a serem executados em um ambien te industrial têm sempre alguma ação humana seja na operação direta de uma máquina seja na supervisão de uma ilha robótica de produção Dentro do escopo da Engenharia de Produção entendemos por Ergonomia o estudo das intera ções dos seres humanos com os outros compo nentes do sistema de trabalho BATALHA 2008 sejam eles máquinas ferramentas mobiliário sejam outros seres humanos visando aprimorar processos físicos emocionais e organizacionais A ergonomia é assunto tão vasto e multidisci plinar que tentar dar a ele um arcabouço formal normativo é tarefa quase impossível Por essa ra zão há várias abordagens cada uma privilegiando algum aspecto das relações de trabalho e condi ções de trabalho Ergonomia 190 Indústria e produção Entre essas abordagens a que mais se aproxima do dia a dia de uma fábrica é a chamada ho memmáquinaambiente considerando que cada operário realiza seu trabalho em postos que podem ser de controle de máquinas de opera ção de máquinas e de escritório Recebendo in formações das máquinas e do meio ambiente processaas e atua sobre seu posto de trabalho para a realização das tarefas A escola francesa de ergonomia propõe uma análise ergonômica do trabalho isto é uma análise cuidadosa das tarefas a serem realizadas projetando o ambiente adequado ao trabalho Essa análise realizada por equipe multidisci plinar que inclui médicos deve ter a participação dos trabalhadores que influenciam no projeto do processo tornandose protagonistas das ações e criando um ambiente colaborativo Os resultados dessa análise proporcionam diagnósticos sobre os processos permitindo alterações nos seus proje tos tornandoos adequados à saúde física e men tal dos trabalhadores Outro aspecto importante da Ergonomia está relacionado com a previsão de lesões que podem ser provocadas pelo trabalho constante e repetitivo que utiliza alguns órgãos do corpo de maneira pre dominante Essas lesões podem ser minimizadas ou evitadas projetandose de maneira adequada o sistema de produção evitando trabalhos que en volvam torção do tronco manipulações com braço esticado acima do ombro ficar em pé por longos períodos empurrar e puxar objetos pesados Enfim cabe à Engenharia de Produção criar processos que não atuem contra a saúde e a dig nidade do ser humano Assim terminamos esta unidade Aqueles que vão seguir a Engenharia de Produção verão os assuntos aqui descritos com muito mais detalhes Entretanto consi deramos que todo engenheiro de qualquer modalidade deve ter conhecimento do que foi estudado aqui O trabalho a ser realizado por seres humanos requer respeito às suas limitações O Prof Laerte Idal Sznelwar é um conceituado especialista em Ergonomia e você pode saber mais sobre o assunto acessando o link httpswwwyoutube comwatchvsmXK3uEp98 191 1 As bases científicas da Engenharia de Produção tiveram origem a No século XVIII b Na Grécia Antiga c No início do século XXI d No início do século XX e Na Idade Média 2 Sobre a divisão de responsabilidades na linha de produção Taylor apregoava a Parcelas equitativas entre operários e corpo diretivo b Totalmente dos operários c Totalmente do corpo diretivo d Parcelas equitativas entre o mercado consumidor e corpo diretivo e Parcelas equitativas entre mercado consumidor e operários 3 A visão de Fayol sobre a administração da produção apresenta ponto de vista a Voltado para o operário b Centralizador e voltado para o controle pelo corpo diretivo c Descentralizado entre corpo diretivo e operários d Voltado para o mercado e Voltado para a economia de material 4 As duas principais características do sistema Toyota de produção são a Material em abundância e ferramentas precisas b Eliminação de desperdício e ferramentas dependentes do processo c Eliminação de desperdício e qualidade d Material em abundância e qualidade e Eliminação de desperdício e hardware variável Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 192 A tabela abaixo se refere às próximas 4 questões Item Valor R Administr Geral Manutenção Usinagem Montagem Salários 5 00000 2 00000 1 00000 1 00000 1 00000 Materiais 2 50000 20000 30000 1 50000 50000 Energia 40000 10000 10000 10000 10000 Depreciação 1 00000 50000 50000 Total 8 90000 2 30000 1 90000 3 10000 1 60000 Tabela 1 Custos de Fabricação Fonte o autor 5 O valor total dos custos fixos é em R a 7 50000 b 5 40000 c 6 00000 d 5 00000 e 1 40000 6 O valor total dos custos variáveis é em R a 7 50000 b 5 40000 c 6 00000 d 5 00000 e 1 40000 7 Os custos diretos de fabricação em reais somam a 4 20000 b 3 20000 c 4 700 00 d 4 10000 e 7 20000 193 8 Os custos indiretos de fabricação em reais somam a 4 20000 b 3 20000 c 4 700 00 d 4 10000 e 7 20000 9 Os principais fatores relacionados à expansão da tecnologia da informação foram a Hiperminiaturização da eletrônica e a tecnologia de materiais b Uso das válvulas e processamento digital de sinais c Hiperminiaturização da eletrônica e tecnologia nuclear d Hiperminiaturização da eletrônica e processamento digital de sinais e Desenvolvimento de reatores químicos e digitalização de sinais de voz 10 A empresa Amazon é um exemplo de a Empresa industrial b Empresa de produção de livros c Editora d Empresa acadêmica e Empresa virtual 11 A fase do ciclo de vida de um produto que envolve maior custo é a a Concepção b Introdução c Crescimento d Maturidade e Declínio 194 12 A fase do ciclo de vida de um produto que envolve maior lucro é a a Concepção b Introdução c Crescimento d Maturidade e Declínio 13 A Ergonomia se dedica ao estudo das a Relações operáriosociedade b Relações operáriosalários c Relações chefeoperário d Relações operárioambiente de trabalho e Relações entre doenças e sociedade 195 Introdução à Engenharia de Produção Autor Mário Otávio Batalha Editora Campus Elsevier Rio de Janeiro 2008 Sinopse o número de cursos de graduação e pósgraduação em Engenharia de Produção vem aumentando rapidamente no Brasil Hoje já são mais de 200 cursos de graduação em todo o Brasil Este número é um dos indicadores da vitalidade e da importância desta área para o país O engenheiro de produção atua no sentido de projetar aperfeiçoar e implantar sistemas de produção combinando pessoas materiais informações equipa mentos e energia para a produção sustentável de bens e serviços Para isso ele dispõe de um conjunto de conhecimentos oriundos das mais diversas áreas do saber É este conjunto de conhecimentos dividido nas grandes áreas da Engenharia de Produção que é apresentado neste livro Este livro terceira obra da Coleção Livros Didáticos ABEPROCAMPUS em En genharia de Produção supre uma lacuna importante na bibliografia nacional Elaborado por uma equipe competente e experiente nas várias disciplinas apre sentadas ele destinase a estudantes professores e profissionais que desejam conhecer o campo da Engenharia de Produção LIVRO 196 MAXMIANO A C A Teoria Geral da Administração São Paulo Atlas 2006 BATALHA M O Introdução à Engenharia de Produção Rio de Janeiro CampusElsevier 2008 NEUMANN J V First draft of a Report on EDVAC Moore School of Electrical Engineering University of Pennsylvania 1945 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em httpsptwikipediaorgwikiFrederickTaylor Acesso em 23 nov 2017 2Em httpblogqadcomwpcontentuploads201612Blog01052017ajpg Acesso em 23 nov 2017 3Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumb77eLutherHalseyGulickjpg800px LutherHalseyGulickjpg Acesso em 23 nov 2017 4Em httpsencryptedtbn0gstaticcomimagesqtbnANd9GcSLSHUaslIfwwEOjfsIiGMZDYi2Qgb8t MlPDomGJfw0vBifuGn Acesso em 23 nov 2017 5Em httpsencryptedtbn0gstaticcomimagesqtbnANd9GcTAs8YQxu6um5CR7jXUt9Q QHYMDmP6to7mDZZbjg6FXmPsgGg Acesso em 23 nov 2017 6Em httpethworgwimages115GordonEMoorejpg Acesso em 23 nov 2017 7Em httpsptwikipediaorgwikiLeideMoore Acesso em 23 nov 2017 197 1 D 2 A 3 B 4 C 5 A 6 E 7 C 8 A 9 D 10 E 11 B 12 D 13 D Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Descrever as principais áreas de atuação da engenharia mecânica e suas ramificações máquinas energia e fluidos mecatrônica naval e aeronáutica Descrever as principais conquistas da Engenharia Mecâ nica e suas ramificações automóvel programa espacial fontes alternativas de energia aviões robótica conforto térmico Mostrar as diversas maneiras de transmissão de força e de movimentos no projeto de máquinas Descrever os principais processos relativos à produção de máquinas e ferramentas garantindo qualidade e precisão Descrever as técnicas de simulação de processos permi tindo seu aprimoramento durante o projeto sem neces sidade de construção prévia Elementos de Engenharia Mecânica As conquistas da Engenharia Mecânica Processos de manufatura Simulação de processos Forças e máquinas Dr José Roberto Castilho Piqueira Engenharia Mecânica Elementos de Engenharia Mecânica Os primeiros dispositivos de transmissão e mul tiplicação de forças apareceram na Antiguidade nas construções de moradias e monumentos As máquinas a vapor foram utilizadas na auto mação da manufatura e nos transportes colabo rando decisivamente para a revolução industrial O progresso da eletrônica permitiu a constru ção de robôs que atuam na manufatura fabril Conforme você deve ter observado ao longo das unidades iniciais deste curso tudo indica que a Engenharia Mecânica nasceu na préhistória com os seres humanos construindo suas primeiras ferramentas e armas Na Antiguidade os processos de construção demandaram as primeiras máquinas para trans missão e multiplicação de forças e torques dimi nuindo o esforço humano necessário nas obras de monumentos e edificações Surgem então as alavancas polias e rodas que atendem às mais diversas necessidades do trabalho 201 UNIDADE VIII Arquimedes Figura 1 filósofo nascido em Siracusa Itália em 287 aC realizou vários estudos que nos dias atuais são classificados como de Engenharia Mecânica sendo o autor da frase deemme uma alavanca suficientemente longa e um fulcro suficientemente forte e eu moverei o mundo Nos dias de hoje podemos considerar a En genharia Mecânica como o ramo da tecnologia que se ocupa da geração transmissão e controle de movimentos e portanto tem como grandezas fundamentais a serem estudadas as forças os tor ques o trabalho e a energia O conhecimento e uso da Engenharia Mecânica passou por grande desenvolvimento a partir da Termodinâmica isto é dos fenômenos dinâmicos provocados por trocas de calor cujos estudos ex perimentais se iniciaram no século XVII quando Otto von Guericke 16021686 construiu a pri meira bomba de vácuo Seguindo o trabalho de Guericke Robert Boyle 16271691 Figura 2a e Robert Hooke 1635 1703 Figura 2b estabeleceram as relações entre as grandezas pressão volume temperatura O trabalho de Boyle e Hooke permitiu esta belecer que quando um sistema gasoso desloca suas fronteiras variação de volume sua força de pressão realiza trabalho mecânico levando à pos sibilidade de converter energia na forma de calor em energia mecânica útil Essa ideia foi essencial para a construção da pri meira máquina térmica pelo engenheiro Thomas Savery 16501715 Figura 3a em 1697 movi mentando pistões a partir de variações de volume de gases aquecidos baseada na máquina de Denis Papin 16471712 Figura 3b de um único pistão Figura 2a Robert Boyle Figura 2b Robert Hooke Fonte Wikimédia 20171 Figura 1 Arquimedes Figura 3b Denis Papin Figura 3a Thomas Savery Fontes Wikimédia 20172 202 Engenharia mecânica Sadi Carnot 17961832 Figura 4a publicou em 1824 o livro Reflexões sobre energia motora e fogo obra seminal que explicou o funcionamento das máquinas a vapor que passaram a ser utilizadas nas fábricas iniciando a automatização dos processos industriais e no transporte com trens movidos a vapor encurtando distâncias e levando progresso Figura 4b Esse progresso tecnológico redundou na chamada Revolução Industrial marcando a transição dos métodos de produção artesanais para a produção usando máquinas O início desse processo ocorreu na Inglaterra e se espalhou por toda Europa Ocidental e Estados Unidos Gradativamente os pro cessos de produção foram aprimorados e na segunda metade do século XX iniciouse a chamada Terceira Onda termo moldado por Alvin Toffler 19282016 Figura 5a em seu quase profético livro Figura 5b Toffler considera que o início da fixação em torno de suas produções agrícolas foi a primeira onda de progresso da humanidade A segunda onda foi a Revolução Industrial e a terceira foi a chamada Revolução da Informação marcada pelo uso maciço dos computadores e pelo desenvolvimento da inteligência artificial Figura 4a Sadi Carnot Figura 4b Trem a vapor Fontes Miniweb 20173 203 UNIDADE VIII A Revolução da Informação produziu os robôs industriais mudando o modo de produção das fábricas e dando início à chamada Engenharia Mecatrônica combinando a Mecânica com a Eletrônica nos processos de manufatura Assim temos hoje uma importante subdivisão da Engenharia Mecânica que na maioria das escolas transformouse em nova modalidade No âmbito da Engenharia Mecânica há ainda duas outras modalidades especializadas Naval e Aeronáutica Ambas combinam o projeto de estruturas com problemas complexos de Mecânica dos Fluidos relativos aos meios nos quais navios submarinos e aeronaves se movimentam O desenvolvimento das máquinas térmicas está diretamente ligado à Revolução Industrial Para entender melhor como isso ocorreu consulte o site httpswwwtodamateriacombrrevolucao industrial Figura 5a Alvin Toffler Fonte Wikipédia 20174 Figura 5b Capa do livro A terceira onda Fonte Amazon 20175 204 Engenharia mecânica É difícil encontrar um produto ou serviço que não tenha sido concebido pela Engenharia Me cânica em seu projeto ou fabricação Carros aviões navios respiradores artificiais próteses órteses estações espaciais são ma ravilhas da Engenharia Mecânica Conforme temos insistido ao longo desta disci plina a principal finalidade da Engenharia é de senvolver produtos e processos que contribuam para a qualidade de vida da espécie humana e para a sustentabilidade do nosso planeta Dentro desse panorama a Engenharia Me cânica se destaca uma vez que é praticamente impossível encontrar um produto que não tenha na sua realização a participação da Engenharia Mecânica na sua concepção ou no projeto e fa bricação das máquinas que o produzem As Conquistas da Engenharia Mecânica 205 UNIDADE VIII Assim falar de Engenharia Mecânica é por exemplo falar dos carros ou dos meios de transporte em geral Os carros que nasceram da ideia de Nikolaus August Otto 18321891 Figura 6a que con cebeu o motor à combustão interna de quatro tempos Figura 6b fundamentado no hoje chamado Ciclo de Otto Figura 6a Nikolaus August Otto Fontes Wikimédia 20176 Figura 6b Motor de quatro tempos Fonte 2Bp 20177 O uso do ciclo de Otto nos motores à combustão interna permitiu obter altas potências com motores leves e industrialmente reprodutíveis transformando o carro em um bem de consumo de grande utilidade Ao longo dos anos os carros tiveram seus projetos aprimorados no que tange à segurança ao conforto e à estética Além disso houve o desenvolvimento de diversos tipos de combustíveis de alto desempenho Apesar de todas as vantagens que o uso maciço do carro trouxe para a humanidade como foi pen sado inicialmente para ser movido a combustíveis fosseis causou um sério problema para o planeta uma vez que contribui fortemente para as emissões de CO2 aumentando o efeito estufa 206 Engenharia mecânica Figura 7 O carro sem motorista Figura 8a Arado Figura 8b Irrigação Figura 9a Plantio de trigo 9b Combate a pragas Figura 10 Estudos de Aerodinâmica 207 UNIDADE VIII Hoje engenheiros mecânicos em todo o mundo trabalham no desenvolvimento de combustíveis menos poluentes tais como biocombustíveis e gás natural Além disso técnicas de sequestro de car bono da atmosfera estão sendo projetadas Outra conquista que parece estar em vias de se tornar um produto massivo é o carro sem motorista Fi gura 7 desenvolvido combinando técnicas de posicionamento global GPS com a robótica e a Internet das coisas IoT em um panorama quase de ficção científica que Alvin Toffler talvez chamasse de A Quarta Onda Outro setor cujo desenvolvimento tem um grande aporte da Engenharia Mecânica é a agri cultura Desde seus primórdios com arados de tração animal Figura 8a e mecanismos de irriga ção Figura 8b evoluiu com um grande número de dispositivos como colhedeiras máquinas de plantio e mecanismos de combate a pragas Atualmente a mecânica de precisão contribui para ferramentas de plantio otimizado e automá tico Figura 9a colheita automática e os drones podem ser usados para espalhar sementes e com bater pragas Figura 9b Outra área de grande importância relacionada com a Engenharia Mecânica é a aviação Desde a concepção dos primeiros aviões no começo do sé culo XX até os dias de hoje a aviação experimentou um grande desenvolvimento sob os mais diversos aspectos Em relação à aerodinâmica muitos trabalhos são realizados diariamente com ensaios e simulações Figura 10 que visam aprimorar a estabilidade dos voos e adaptabilidade das formas geométricas aos diversos tipos de atmosferas a serem enfrentados A engenharia de materiais é também altamen te sofisticada pois durante decolagens voos e pousos as diversas partes podem estar sujeitas a fortes tensões mecânicas Aliados a isso estão os desenvolvimentos de pilotagem controle e segu rança que devem ser altamente confiáveis Em relação aos motores de acordo com o uso do avião há os mecanismos do tipo hélice turbo hélice Figura 11a ou a jato turbo jato Figura 11b O desenvolvimento da aviação militar levou ao desenvolvimento de motores altamente sofisti cados que podem ser acelerados e desacelerados muito rapidamente de acordo com as necessida des de combate Os exemplos aqui discutidos dão uma ideia da abrangência da Engenharia Mecânica Se você olhar em volta vai perceber muitos outros exem plos viagens espaciais geração de energia confor to térmico construção e lançamento de satélites navios usinas nucleares e tantas outras aplicações cuja enumeração transcende ao escopo deste texto Figura 11b Turbo jato Figura 11a Turbo hélice 208 Engenharia mecânica O problema de conforto em cabines de avião é afeto às Engenharias Mecânica Mecatrônica e Aeronáutica Para saber sobre pesquisas feitas no Brasil sobre o assunto visite httpswww monolitonimbuscombrconfortodecabine 209 UNIDADE VIII Três exemplos de cálculo em Engenharia Me cânica são estudados força de pressão em um avião energia gerada em um exercício consu mo de gasolina de um carro Nesta parte da unidade faremos três exemplos de problemas relativos à Engenharia Mecânica que requerem para seu entendimento apenas o co nhecimento de Física do Ensino Médio e quando for necessário recordaremos os conceitos Exemplo 1 A porta de um avião Sabemos que em altitudes de cruzeiro de aviões a jato cerca de 9 000 pés a pressão atmosférica é cerca de 30 da pressão atmosférica no nível do mar Para não causar desconforto a pressão interna da cabine é mantida em cerca de 70 da pressão atmosférica no nível do mar Consequentemente a diferença de pressão entre a cabine e o meio ex terno provoca forças na estrutura do avião e vamos estimar o valor dessa força na porta do avião Forças e Máquinas 210 Engenharia mecânica Consideraremos que a área da porta do avião é de 2m2 Consideraremos que a pressão atmosférica no nível do mar é de 100 kPa quilo pascal isto é 100 kN por m2 quilo newton por metro quadrado Nessas condições a diferença entre as pres sões interna e externa da cabine vale 07 03 100 40 kPa isto é 40 kN por m2 Como a área da porta é de 2m2 a força so bre ela vale 40280kN dirigida do inte rior para o exterior da aeronave Exemplo 2 A energia de um ciclista Neste exemplo vamos verificar se a energia produzida por uma pessoa pedalando é suficiente para alimentar uma TV de LCD Consideraremos que uma TV de LCD ne cessita receber 110 W de potência elétrica para funcionar Consideraremos que o rendimento da con versão de energia mecânica da pedalada em energia elétrica é 80 Pedalar uma bicicleta ergométrica equivale a uma subida de escada de 3m em 10s A massa da pessoa é cerca de 70kg Logo a energia transferida pela pessoa à bicicleta equivale à energia potencial gra vitacional isto é mgh 70 10 3 2 100 J A potência mecânica vale 2 100 10 210 Js 210 W A potência elétrica vale 08 210 168 W e portanto a energia fornecida nas peda ladas pode alimentar a TV de LCD Exemplo 3 Consumo de gasolina Um motor de automóvel é alimentado por um combustível que fornece 4 000 000 Joules por litro JL O motor consome 7 000 Joules por segun do isto é 7 000 W com rendimento 30 em um dado percurso de 05 h de rodagem Nessas condições podemos calcular a po tência total fornecida ao motor pois ren dimento potência útilpotência total Logo 03 7000potência total e portanto potência total 7 00003 23 300 W Em meia hora de rodagem a energia ne cessária vale 23 300 05 3600 41 940 000J Portanto a quantidade de combustível para realizar esse percurso vale 41 940 000 4 000 000 1048L A busca de energias alternativas é objeto de ampla pesquisa visando garantir a sustentabilidade do planeta O uso de energias provenientes da marcha do ser humano parece ser tecnicamente viável Para saber mais sobre isso visite o site https wwwecyclecombrcomponentcontent article371463britanicocriatapetequegera energiaeletricacomaspisadashtml 211 UNIDADE VIII Motores térmicos Nos motores térmicos o trabalho realizado na fase de expansão é maior que o despendido na fase de compressão para atender à finalidade da máquina transformar a energia recebida na forma de calor em energia mecânica A Figura 12 ilustra as trocas de energia em um ciclo genérico de um motor térmico Figura 12 Energias em um motor térmico Fonte o autor Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code Ele recebe energia na forma de calor de uma fonte quente disponibiliza trabalho mecânico e para que possa voltar ao estado inicial e começar um novo ciclo cede energia na forma de calor para uma fonte fria Por essa descrição fica evidente a necessidade das duas fontes Uma para fornecer a energia ao motor na forma de calor e a outra para retirar a parcela do calor fornecido que não foi convertida em trabalho mecânico e fazer o motor retornar à condição inicial No caso de um motor comum de automóvel a queima do combustível que gera o calor é a fonte quente a atmosfera para a qual o motor cede calor é a fonte fria 212 Engenharia mecânica Os processos de manufatura podem ser classi ficados em fundição conformação usinagem e junção Os processos de conformação podem ser forjamento laminação trefilação extrusão embutimento estiramento dobramento e ci salhamento Os principais processos de usinagem são fura ção serramento fresamento e torneamento A junção entre as diversas partes de um siste ma pode ser feita por soldagem rebites pa rafusos ou material adesivo Uma área importante da Engenharia Mecânica é constituída pelo estudo dos processos de manu fatura que permitem a fabricação de peças e par tes de produtos como automóveis robôs aviões e navios O mais conhecido deles é a fundição que consiste em derramar um metal líquido em um molde para seu resfriamento e solidificação adquirindo a forma desejada Figura 13 Processos de Manufatura 213 UNIDADE VIII Outro processo importante para obtenção de peças com formatos particulares é a conforma ção no qual por aplicação de forças intensas de tração dobra ou compressão obtémse a forma desejada para uma dada peça As operações de conformação podem ser de diversos tipos como forjamento Figura 14a la minação trefilação Figura 14b extrusão embu timento estiramento dobramento e cisalhamento A usinagem consiste na retirada de material de uma peça cortandoa com uma ferramenta afiada As técnicas de usinagem mais usadas são furação Figura 15a serramento Figura 15b fresamento Figura 16a e torneamento Figura 16b Figura 13 Fundição Fonte Bm Fundição 20178 Figura 14a Conformação Forjamento manual Figura 14b Máquina de trefilar fazer fios Fonte Wikimédia 20179 Figura 15a Furadeira Figura 15b Serra 214 Engenharia mecânica O processo de manufatura conhecido por junção consiste na combinação de componentes por soldas Figura 17a rebites parafusos Figura 17b ou materiais adesivos como em um quadro de bicicletas em que as diversas peças são soldadas formando o bloco Figura 16a Processo de Fresamento Ilustração Thiago Surmani 2017 Figura 16b Torno Fonte Ytimg 201710 215 UNIDADE VIII Figura 17a Soldagem Fonte Mecânica Industrial 201711 Figura 17b Rebites pregos e parafusos 1 Os processos de torneamento e fresamento são de grande importância nas indústrias mecânicas mecatrônicas navais e aeronáuticas Para conhecêlos melhor consulte o site httpswwwyoutube comwatchvjy6Pa9FqdRc 2 A Engenharia Mecânica brasileira deve muito ao engenheiro suíço Robert Mange que além de ter sido catedrático da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo concebeu as escolas SENAI Caso você queira saber mais sobre isso leia o excelente artigo de Desirê Luciane Dominschek disponível em httpwwwuel brrevistasuelindexphphistensinoarticleview1125810028 Processo de Fresamento 216 Engenharia mecânica A simulação computacional permite realizar pro jetos minimizando o número de protótipos a se rem construídos e portanto de maneira mais econômica e precisa O desenvolvimento da indústria de computadores tornou possível armazenar e tratar grandes blocos de informação de maneira relativamente barata Assim os diversos equipamentos e processos a serem desenvolvidos na indústria podem pres cindir da construção de muitos protótipos para seu desenvolvimento pois é possível simular suas operações nos mais variados cenários e escolher os parâmetros de projeto com maior segurança Para isso é necessário estabelecer modelos para as diversas partes do sistema a ser simulado propondo para cada uma delas um comporta mento dinâmico expresso por equações ou con juntos de dados Simulação de Processos 217 UNIDADE VIII Essas equações combinadas e tratadas por programas especiais permitem visualização rápida e fidedigna dos processos ao variarmos seus parâmetros levandonos a decisões de projeto seguras diminuindo os estágios e custos de testes A Figura 18 traz a simulação de um processo metalúrgico com as cores indicando o perfil de velo cidades de um fluido ao longo da peça Sem construir a peça seu comportamento dinâmico pode ser obtido e seu projeto realizado de maneira mais segura Figura 18 Fluido Perfil de velocidades de um fluido em uma peça Fonte Ipt 201712 Outro exemplo interessante de simulação computacional aparece na Figura 19 em que a permeabili dade de um reservatório do présal é modelada e estudada sem a necessidade de realizar caríssimos experimentos no local 218 Engenharia mecânica Figura 19 Permeabilidade de um reservatório Fonte USP 201713 O ICMC Instituto de Ciências Matemáticas e Computacionais da USP realiza trabalho notável na área de simulação Para saber mais sobre esse grupo visite o site httpjornaluspbruniversidade tecnicasdesimulacaocomputacionalvaoajudarextracaonopresal Assim terminamos esta breve exposição sobre as Engenharias Mecânica Mecatrônica Aeronáutica e Naval Como você notou a abrangência dessas áreas permite que a vida da espécie humana seja cada vez melhor mas há uma preocupação sempre presente com o esgotamento de recursos e a poluição do nosso planeta 219 1 Podemos incluir como especializações da Engenharia Mecânica as Engenharias a Civil e Elétrica b Naval e Química c Química e Elétrica d Aeronáutica e elétrica e Naval e Aeronáutica 2 A revolução industrial ocorrida na Inglaterra no início do século XIX deveuse à ao a Primeira Guerra Mundial b Desenvolvimento das máquinas a vapor c Desenvolvimento dos motores elétricos d Conflito entre a Europa Ocidental e Oriental e Conflito entre patentes de cientistas 3 Alvin Toffler considera que a segunda onda de desenvolvimento econômico da espécie humana é a A revolução agrícola b A revolução industrial c A Internet das coisas d A revolução da informação e A indústria 40 4 As pesquisas sobre carros sem motorista a Estão no âmbito da ficção científica b Foram desenvolvidas por Henry Ford c Foram desenvolvidas por Sadi Carnot d Estão bem desenvolvidas com alguns experimentos bem sucedidos e Constituem problema tecnologicamente bem resolvido Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 220 5 A automatização da lavoura permite a Plantação controlada eletronicamente b Controle da umidade relativa do ar c Controle de temperatura nas valas de plantio d Controle do índice pluviométrico e Controle de preços de mercado 6 Para o estudo da aerodinâmica em aviões um conhecimento indispensável é sobre a Circuitos elétricos b Materiais de construção c Mecânica dos fluidos d Eletrodinâmica e Eletromagnetismo 7 Considere que em uma aeronave a pressão interna seja de 60kPa e a externa seja de 20kPa A força de pressão exercida em uma área de 3m2 da superfície da aeronave vale a 120 kN b 80 kN c 60 kN d 20 kN e 180 kN 8 Uma pessoa de 80kg sobe uma escada de 5m de altura em 10s A potência em watts por ela consumida vale a 40W b 400W c 80W d 800W e 200W 221 9 Rebitagem é um processo de a Conformação b Usinagem c Fundição d Corte e Junção 10 Torneamento e frenagem são processos de a Conformação b Usinagem c Fundição d Corte e Junção 11 Cisalhamento é um processo de a Conformação b Usinagem c Fundição d Corte e Junção 222 Introdução à Engenharia Mecânica Autor Jonathan Wickert Kemper Lewis Editora CENGAGE Learning Brasil Sinopse este livro traz uma abordagem introdutória ao campo da Engenharia Mecânica e proporciona aos estudantes uma visão de como os engenheiros devem projetar máquinas e equipamentos os quais contribuem para o avanço de nossa sociedade Equilibrando habilidades de resolução de problemas aná lise e execução de projetos aplicações ao mundo real e à tecnologia prática o livro oferece uma base contínua para o estudo futuro na engenharia mecânica LIVRO 223 WICKERT J LEWIS K Introdução à Engenharia Mecânica São Paulo CENGAGE 2016 REFERÊNCIAS ONLINE 1 Em httpscommonswikimediaorgwikiRobertHookemediaFileRobertHookeportraitjpg Acesso em 27 nov 2017 2 Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommonsccfThomasSaverygif Acesso em 27 nov 2017 3 Em httpwwwminiwebcombrcienciasartigosImagenscarnotsadi001jpg Acesso em 27 nov 2017 4 Em httpsptwikipediaorgwikiAlvinToffler Acesso em 27 nov 2017 5 Em httpswwwamazoncombrTerceiraOndaAlvinToflerdp8501017973 Acesso em 27 nov 2017 6 Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommons44aNikolausAugustOttopng Acesso em 27 nov 2017 7 Em http2bpblogspotcomnKAcB9iiD4EUTACWosEySIAAAAAAAADEIwsTnkFUbILcs160008 jpg Acesso em 27 nov 2017 8 Em httpwwwbmfundicaocombr22php Acesso em 27 nov 2017 9 Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommons447Huzas02jpg Acesso em 27 nov 2017 10 Em httpsiytimgcomviu5QMiLkHmQhqdefaultjpg Acesso em 27 nov 2017 11 Em httpswwwmecanicaindustrialcombrwpcontentuploads201205soldaelC3A9tricajpg Acesso em 27 nov 2017 12 Em httpwwwiptbrbancoimagens3026maiorjpg Acesso em 27 nov 2017 13 Em httpjornaluspbrwpcontentuploads2017040502presalpng Acesso em 27 nov 2017 224 1 E 2 B 3 B 4 D 5 A 6 C 7 A 8 B 9 E 10 B 11 A Diário de Bordo Diário de Bordo PLANO DE ESTUDOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Dr José Roberto Castilho Piqueira Descrever a maneira integrada de pensar a engenharia do ponto de vista da Teoria da Complexidade Conceituar sistema aberto e seu projeto Descrever as possíveis não linearidades e como cada uma delas altera o projeto de um sistema de Engenharia Descrever o fenômeno da emergência e mostrar como tratálo em um projeto Mostrar como as ferramentas de BigData e Internet das coisas influenciam no projeto de um sistema Engenharia no Século XXI Sistemas Abertos Emergência Engenharia de Dados Não Linearidades Engenharia da Complexidade Engenharia do Século XXI A metodologia de projeto em Engenharia no século XX foi apoiada na disjunção A computação teve um desenvolvimento considerável nos últimos anos permitindo novas abordagens para projetos aumentan do a precisão e previsibilidade dos cálculos Nesta última unidade apresentaremos uma abor dagem de engenharia a Engenharia da Comple xidade considerando os pressupostos do pensa mento complexo apresentado por Edgar Morin Figura 1 Os fundamentos principais desse enfoque projeto de sistemas abertos emergência inclusão da aleatoriedade e incompletude Gödeliana são contextualizados em exemplos reais de proble mas construtivos Para conceituar complexidade no contexto da atividade de engenharia é necessário enfrentar o 229 UNIDADE IX significado conotativo atribuído à palavra ao longo dos anos No dia a dia do engenheiro complexo é tudo que apresenta dificuldades especiais em rela ção à concepção ao projeto à montagem e à ope ração Por exemplo uma ponte ou uma via elevada é uma obra que pode ser de alta dificuldade Sua concepção iniciase com necessidade de ligar dois locais separados por algum fator geográfico que impede ou dificulta o trânsito de pessoas e veículos Figura 1 Edgar Morin Figura 2a Elevado Paulo de Frontin Figura 2b Avenida Santo Amaro Nessa fase estão presentes fatores econômi cos sociais ambientais e financeiros que de terminam a localização e o custo máximo per mitido e uma vez definidos dão a partida para as primeiras especificações da obra Possíveis esforços naturais a serem suportados cargas permissíveis devidas ao tráfego e aos fatores geométricos dão início aos cálculos Esforços solicitantes e possíveis variações atmosféricas 230 Engenharia da complexidade proporcionam a definição dos materiais vigas pilares pavimentação e sustentação Em seguida vem o projeto executivo Todos os materiais e custos de mão de obra são detalhados para que a obra possa ser iniciada e comece a sair do mundo do papel A construção é árdua e requer acompanhamento constante para sanar problemas não previstos no projeto e que são inevitáveis du rante o trabalho de implementação Pronta e inau gurada a ponte ou via elevada precisa ser mantida com medições constantes usando sensores de po sição e de cargas O resultado dessa monitoração permite a prevenção e correção de falhas Recorrendo ao sentido habitual da palavra todos concordarão que conceber projetar cons truir e manter uma ponte constitui um com plexo problema de engenharia Outro possível exemplo é o da concepção projeto construção e operação de uma avenida ligando dois bair ros de uma cidade com o intuito de melhorar a mobilidade urbana Figura 3 Elevado João Goulart São Paulo Fonte 3Bp 20173 Definir o traçado da via é o ponto de partida problema que pode envolver complicadas questões econômicas sociais e ambientais Não basta o conhe cimento geométrico para essa tarefa o planejamento urbano combinando tráfego de veículos e pessoas aliado ao atendimento das populações a serem des locadas são elementos essenciais nessa tarefa Definido o traçado há o projeto que envolve alterações de uso do solo com demolições proce dimentos de terraplenagem definições de pisos e bordas e o projeto executivo prevendo o preparo dos materiais e máquinas bem como os custos de mão de obra Do papel para a realidade tarefa di fícil com trabalho durante possíveis intempéries com alterações de circulação de veículos e pessoas no entorno dos canteiros de obra Depois das inaugurações discursos e cortes de fitas há a operação e manutenção com medições que podem ser sofisticadas e ações que podem influenciar a rotina diária de motoristas e usuários de transporte individual e coletivo 231 UNIDADE IX Figura 4 Kurt Gödel Fonte Wikimédia 2017 A queda do elevado Paulo de Frontin ocorrida em 20 de Novembro de 1971 no Rio de Janeiro foi um dos maiores desastres da engenharia brasileira Se quiser saber mais sobre o caso veja a excelente apresentação em https prezicomytkzjnsutcelevadopaulode frontin Mais uma vez usando a linguagem diária con ceber projetar construir e manter uma avenida é tarefa de complexidade considerável Essa ideia de complexidade explorada nos dois exemplos carrega a carga semântica da disjunção isto é o problema complexo da implantação de uma pon te ou via elevada é visto como decomposto em sequência de operações realizadas por pessoas diferentes que executam tarefas aparentemente estanques e sem conexão A ponte ou via elevada são vistas e estudadas como sistemas fechados Suas interações com o en torno são compreendidas de uma maneira proba bilista como se fossem responsáveis pelo impon derável atribuindose a elas fatores de segurança que nem sempre funcionam adequadamente A queda do elevado Paulo de Frontin Rio de Janeiro Figura 2a e o incêndio sob a ponte da Avenida Santo Amaro São Paulo Figura 2b são exemplos ilustrativos dessa falha de abordagem Da mesma maneira a construção da avenida da qual a ponte ou via elevada podem fazer parte se for vista como sistema fechado pode trazer mais prejuízos do que benefícios Basta olhar o Minhocão de São Paulo Figura 3 para enten der o estrago urbano causado por uma melhoria de tráfego O pensamento complexo aparece em um con texto complementar ao da prática atual da enge nharia cujos sucessos poderiam ser enumerados em todas as áreas da atividade humana Tratase de adicionar aos trabalhos três novos pontos de vista as obras como sistemas abertos a emergên cia de fenômenos resultantes das não linearidades e o olhar Gödeliano Kurt Gödel19061978 Fi gura 4 da incompletude Assim passamos a entender a Engenharia da Complexidade como aquela que adiciona à visão tradicional da disjunção e do fechamento dos sis temas uma abordagem aberta não linear e com a incompletude em sua gênese Apoiase nas conquis tas e nos conhecimentos bem estabelecidos mas proporciona uma abordagem global e transdisci plinar trabalhando a noção de sistema de sistemas 232 Engenharia da complexidade A abordagem convencional dos projetos de engenharia considera sistemas fechado e logicamente disjuntos A simulação computacional permite a ava liação de um grande número de cenários diferentes de projeto Com ferramentas computacionais cada vez mais eficientes a Termodinâmica pode ser considerada nos projetos Nos exemplos apresentados anteriormente fica cla ro o estabelecimento a partir da fase de projeto de sistemas que consideram sua interação com o am biente como estática refletida nos parâmetros físicos e coeficientes de segurança estabelecidos de início Essa é uma metodologia que ao longo da histó ria tem sido aplicada com sucesso mas que traba lha como se o sistema em estudo ou construção seja Sistemas Abertos 233 UNIDADE IX considerado fechado limitando as possíveis alea toriedades às margens de variação de parâmetros As possibilidades proporcionadas pelo desen volvimento da computação permitindo a mani pulação rápida e precisa de grande quantidade de dados coloca nas mãos da engenharia poderosas ferramentas de análise e síntese de sistemas em ní veis de detalhe antes não imagináveis Além disso ferramentas e programas de simulação altamente eficientes permitem trabalhar as mais variadas possibilidades de montagem e execução com ra pidez e alto grau de previsibilidade Figura 5 Isso nos aproxima do trabalho de concepção projeto execução e manutenção para um siste ma aberto e sujeito às leis da Termodinâmica incluindo os efeitos dos processos dinâmicos de diferentes escalas temporais No exemplo da ponte ou via elevada o novo tratamento a ser dado parte do princípio de que o sistema a ser concebido deixa de ser a ponte ou via elevada real e passa a ser um novo elemento em que a realidade reside no elo entre o sistema e o meio ambiente com a maior parte das interações podendo ser simuladas permitindo decisões que levam em conta as incertezas como componentes do conjunto Como a ponte ou via elevada está posicionada no contexto global da via da qual faz parte Como as intempéries podem mudar sua construção e operacionalidade Como a operação da ponte afe tará a mobilidade urbana Como o tráfego em volta afetará seus parâmetros físicos Como a emissão de poluentes dos veículos afetará a saúde das popula ções vizinhas Como a área em volta se organizará Figura 5 Simulador de voo de helicópteros 234 Engenharia da complexidade Enfim há uma infinidade de perguntas e ce nários a serem simulados e analisados trazendo melhor segurança decisória e acrescentando co nhecimento à Engenharia Além disso o processa mento dos dados medidos continuamente pelos diversos tipos de sensores durante a construção e operação permitirá cuidados preventivos e cor retivos de ampla eficiência Da ponte para a indústria química A implanta ção da indústria de um certo produto começa por uma criteriosa análise de sua adequação de bene fícios e prejuízos para a população e para o meio ambiente Seguese a escolha do local problema a ser resolvido a partir de importantes questões ambien tais econômicas sociais e de segurança O projeto envolverá a infraestrutura a ser construída para aco lher a planta adequandoa a condições de pressão umidade temperatura e circulação de ar e água Esse é um projeto fortemente dependente do processo a ser implantado também de alta com plicação e passível de grande cuidado de produ ção considerando o trabalhador interno e os cui dados ergonômicos e de segurança que protejam a vida e proporcionem dignidade Com a fábrica em operação para onde irão os rejeitos As normas de sustentabilidade serão respeitadas A qualidade do ar e dos mananciais serão preservadas Todos esses fatores considera dos proporcionarão viabilidade econômica Mais uma vez cenários diversos poderão ser simulados e estudados cuidadosamente modelan do o físicoquímico o biológico e o antropológico levando o transdisciplinar ao nível de interação efetiva aproximando possíveis aleatoriedades do modelo do processo Assim a Engenharia da Complexidade apresenta uma proposta multidimensional não totalitária e não doutrinária que proporciona conexão flexível entre incerteza física e indeci dibilidade teórica Complementarmente os princípios da Termo dinâmica não fazem apenas papel de condições de contorno complementares ou indesejáveis passam a fazer parte integrante da concepção dos projetos e obras representando importante abertura epistêmica A Engenharia do século XXI passou a usar de maneira ampla e efetiva os conceitos de sistemas abertos e de integração entre as partes de um sistema Para saber mais sobre esse assunto assista ao vídeo no link a seguir httpswwwyoutube comwatchvNFHsiOA4dc 235 UNIDADE IX Ao se realizar um projeto as não linearida des devem ser consideradas pois podem ser responsáveis por fenômenos inesperados A Teoria da Informação permite analisar e prever comportamentos complexos O fenômeno da autoorganização está rela cionado com a emergência da vida Sinais aleatórios espúrios chamados generica mente de ruídos parecem ser uma grande dificul dade para a boa operação de sistemas eletrônicos em comunicações e instrumentação A concepção de um projeto nessas áreas come ça pela especificação da relação sinalruído ie de quantas vezes o sinal é mais intenso do que o ruído Daí decorre o teorema fundamental da teoria da informação caso a relação sinalruído de uma fonte de dados seja maior ou igual à capacidade do canal é sempre possível codificar os dados e transmitilos para um receptor com pequena e arbitrária taxa de erros Não Linearidades 236 Engenharia da complexidade Além do conhecimento advindo da teoria da informação proposta por Claude Elwood Shannon 19162001 Figura 6 os engenheiros de eletrôni ca e comunicações se serviram amplamente da teo ria de processos estocástico do eletromagnetismo e da teoria dos circuitos para desenvolverem dispo sitivos de modulação e demodulação responsáveis pela prontidão e ubiquidade dos acessos à Internet Originalmente esses avanços foram obtidos por projetos e dispositivos lineares isto é aque les que satisfazem o princípio da superposição o efeito da soma é a soma dos efeitos Essa é uma hipótese que quando satisfeita proporciona facili dade de projeto e precisão de operação Entretanto os componentes eletrônicos apresentam não li nearidades e superposição de efeitos nem sempre satisfeitas fato que pode dificultar os projetos mas incrementálos se bem utilizado Em meados dos anos 80 houve uma grande movimentação no mundo da Física e da Engenha ria Mecânica com origem na facilidade compu tacional de simular sistemas dinâmicos descritos por equações diferenciais não lineares produzin do o chamado caos determinístico Entendese por caos determinístico o com portamento aleatório de um sistema dinâmico descrito por equações não lineares determinis tas associado à emergência de comportamentos sensíveis às condições iniciais Está então criada a dicotomia sempre própria da complexidade o imprevisível dentro do previsível Alguns circuitos elétricos apresentando esse fenômeno foram desenvolvidos e os campos da modulação e da criptografia ficaram enriquecidos com essas novas possibilidades O caos determinístico e sua emergência fazem parte integrante da Engenharia da Complexidade em suas diversas atividades de concepção e proje to aprimorando a acuidade dos modelos das inte rações e na implantação e operação permitindo a visualização de uma variedade maior de cenários Outro fator a ser considerado no contexto da Engenharia da Complexidade é o da autoorga nização do sistema constituído pela obra e seu entorno físico biológico e humano A interação física por mais complicada que seja tem meto dologias relativamente bem desenvolvidas para serem estudadas e contextualizadas As interações biológicas podem trazer maio res e mais inesperadas surpresas Alterações am bientais produzidas por uma ação de Engenharia podem implicar degradações de paisagens e pro pagação de doenças O fator mais relevante a ser incluído é entretanto o antropológico Obras de engenharia são trabalhos humanos que devem visar à melhoria da vida no planeta sob os mais variados aspectos Não se pode esquecer que seres humanos são dotados de consciência e discernimento o que pode influenciar de maneira direta decisões de concepção projeto implantação e operação de um sistema e principalmente contextualizálos às condições humanas de cada população Figura 6 Claude Elwood Shannon Fonte Wikimédia 20175 237 UNIDADE IX De nada adianta construir estradas modernas em locais em que as populações são tão caren tes que sequer gozam de mobilidade Da mesma forma com a necessidade premente de água e energia para manutenção da vida não faz sentido coibir o desenvolvimento de fontes alternativas e de mecanismos de despoluição de mananciais Interesses de grandes grupos econômicos podem trabalhar contra a erradicação da fome no planeta e fanatismos bélicos e religiosos podem fomentar de senvolvimento de máquinas de destruição O balan ço cultural social e econômico é o ponto central da Engenharia da Complexidade que além de transdis ciplinar deve ser uma ferramenta de entendimento paz e qualidade de vida para todos Ao considerar as não linearidades nos projetos eles se tornam mais precisos e compatíveis com a realidade Para saber mais sobre não linearidades leia o artigo do site httpwww scielobrpdftransv17v17a11pdf A autoorganização é um fenômeno natural relacionado com a vida e seu desenvolvimento Para saber mais sobre autoorganização leia o artigo do site httpwwwscielobrscielophpscriptsci arttextpidS010340141998000200015 Tenha sua dose extra de conhecimento assistindo ao vídeo Para acessar use seu leitor de QR Code Complexidade Caminhos de Turing e Shannon Existem dois conceitos matemáticos de me dida de complexidade complexidade computa cional algorítmica Turing e de complexidade computacional informacional Shannon Esses conceitos embora de origem em pensa mentos independentes de naturezas diferentes produziram conceitos matemáticos similares e de grande utilidade para a computação e para a engenharia modernas 238 Engenharia da complexidade O projeto de engenharia deve visar à integração dos fatores biológicos e antropológicos associan doos aos fatores físicos levando a soluções que respeitem os seres humanos e a sustentabilidade do planeta Uma das discussões prediletas dos vendedores de novos produtos e dos entusiastas das novidades tem sido sobre as cidades inteligentes e sobre a chamada Internet das coisas Fabricantes tradicionais de hardware e soft ware promovem simpósios oferecem soluções gratuitas para demonstração financiam desen volvimento e publicações visando liderar um mercado aparentemente muito promissor Há soluções para a segurança de logradouros e residências para monitoração de acidentes en chentes e multidões Há até ministro encantado com a possibilidade de ligar o liquidificador da casa remotamente O difícil será tomar o suco re Emergência 239 UNIDADE IX motamente uma vez que o teletransporte das pes soas e das coisas ainda é ficção cinematográfica Esse é o jeito tradicional de olhar os proble mas de engenharia pensando nos modelos físicos Cada sistema como sendo único fechado e volta do para uma finalidade exclusiva O pensamen to complexo aplicado às cidades inteligentes e à Internet das coisas começaria pelo pensamento antropológico integrando o biológico e o físico Uma cidade inteligente começa pela cultura e pelo conforto e qualidade de vida da população que a ocupa sendo portanto um sistema de sistemas definido e concebido caso a caso Pensando no território brasileiro não há como achar que tornar São Paulo inteligente seja colocar semáforos sincronizados nos grandes corredores de tráfego ou monitorar as áreas de enchente Há muitos problemas anteriores déficit habitacional pobreza concentração de populações em áreas de infraestrutura precária crianças fora das escolas criminalidade e tantos outros A Engenharia da Complexidade contém em sua proposta a integração de todos esses fatores formando os chamados sistemas de sistemas Essa forma de pensamento melhora a eficácia das soluções mas como toda solução é incom pleta pois jamais poderemos ter um saber total a totalidade é a não verdade Tratase de enfrentar um emaranhado de interrelações e realimentações a incerteza e a contradição usando as ferramentas conceituais já desenvolvidas e as novas emergentes de dife rentes e inovadoras linhas de raciocínio Conciliar unidade e diversidade continuidade e rupturas é tarefa do pensamento complexo que semelhante aos sistemas lógicos é incompleto É inegável a importância da Antropologia em qualquer ramo da atividade humana Para saber mais sobre o assunto leia o excelente artigo de Verlan Valle Gaspar Neto que pode ser encontrado no site httpwwwufjfbrmaea files200910relevancia1pdf 240 Engenharia da complexidade Diante do novo panorama da Engenharia no século XXI parece que as diversas modalidades uma vez unidas em estudos integrados tornam imprescindí vel o projeto e a concepção de bancos de dados não no sentido convencional de acúmulo de bits mas no sentido de seu bom uso e de facilidade de acesso Assim desenvolvemse diariamente novas técni cas relacionadas com a modelagem de bancos de da dos e administração de recursos de armazenamento e gerenciamento de dados requerendo conhecimen to de hardware e software de sistemas computa cionais com toda a gama possível de capacidades Surge então a Engenharia de Dados com a finalidade de conceber especificar analisar de senvolver implementar adaptar e manter sistemas de bancos de dados Figura 7 voltados às ne cessidades de instituições de pesquisa ou ensino indústrias ou empresas de diversos ramos cujas demandas por sistemas de bancos de dados pas sam a ser cada dia mais expressivas Engenharia de Dados Dada a rapidez de processamento e a capacida de de memória cada vez mais surpreendente a Engenharia de Dados emerge como a Engenha ria do século XXI 241 UNIDADE IX Figura 7 Um cluster computacional Além disso é essencial o estabelecimento de uma visão críti ca das atuais técnicas e métodos relacionados com a tecnologia de bancos de dados e com condições de apresentar e conduzir mudanças que proporcionarão bens e serviços com uma elevada qualidade Para tanto novos requisitos são necessários para os novos profissio nais dessa atividade conhecimento abrangente das atividades inerentes à engenharia e administração de bancos de dados interdisciplina ridade postura ética como cidadão e profissional sustentada pela consciência de uma responsabilidade no contexto amplo e individual uma vez que terão acesso a informações de todos os níveis Aparece então a grande importância da honestidade e retidão de comportamento Dados privilegiados de pessoas físicas e jurídicas passarão a ser de mais fácil acesso bem como informações relativas a ações governamentais Tratálos com conhecimento técnico e responsabilidade faz parte da Engenharia de Dados Assim terminamos nossa viagem que começou na Pré História passou pela Antigui dade pelo Renascimento pelo século XX chegando ao século XXI com recursos tecnológicos quase ilimitados mas com ne cessidade premente de conser var nosso planeta Clusters e Grids são as ferramentas computacionais do século XXI Para entendêlas leia o excelente artigo de Taís Appel Colvero Marco Antonio Ribeiro Dantas e Daniel Pezzi da Cunha que pode ser encontrado no link httpperiodicosunescnetsulcomp articleview798750 Cluster 242 1 As principais fases de um projeto de engenharia são a Concepção projeto funcional projeto executivo b Concepção projeto funcional construção c Concepção construção projeto executivo d Construção projeto funcional projeto executivo e Projeto executivo manutenção e demolição 2 A queda do elevado Paulo de Frontin poderia ser evitada se o projeto previsse a Existência de ventos na região b Uso de escavadeiras controladas por computador c Integração entre equipes de projeto e de obras d Integração entre a prefeitura e a empreiteira e Não existência de empreiteiras 3 O conceito de sistema aberto a Não pode ser aplicado à construção civil b É um conceito próprio da Engenharia Mecânica c É incompatível com a Engenharia Química d Só vale para circuitos elétricos e Permite incluir a segunda lei da Termodinâmica 4 A simulação computacional permite a Prever o comportamento de sistemas sem construílos b Construir pontes controladas por computador c Controlar a concentração de CO2 durante a execução das obras d Emitir relatórios de trabalho dos operários e Controlar agentes poluidores na indústria química Você pode utilizar seu diário de bordo para a resolução 243 5 Sinais semelhantes a ruídos sem fontes de ruídos ocorrem em a Robots industriais lineares b Circuitos elétricos não lineares c Circuitos elétricos lineares d Sistemas de comunicação lineares e Linhas de transmissão lineares 6 Caos determinístico ocorre em a Sistemas lineares de grande porte b Todos os sistemas de grande porte c Sistemas não lineares d Sistemas lineares de troca de calor e Todos os sistemas de troca de calor 7 Os fatores antropológicos em um projeto de engenharia a Já estão levados em conta nos fatores biológicos b São irrelevantes c Têm influência apenas na construção civil d São objeto apenas da Engenharia de Produção e Devem ser considerados em conjunto com os fatores físicoquímicos e biológicos 8 Em uma cidade inteligente a Todos os semáforos são interligados em rede b As enchentes são monitoradas c A cultura e o conforto da população são fatores essenciais d O laser é fator secundário e Os postos de trabalho devem ser distantes das moradias 9 O profissional de Engenharia de Dados deve a Ser responsável pela segurança das informações b Desenvolver métodos para controlar as tensões das fontes c Projetar o controle de processos de uma fábrica d Projetar os circuitos de memória e Projetar os dispositivos de roteamento de uma rede 244 Introdução à engenharia Modelagem e solução de problemas Autor Jay B Brockman Editora LTC Rio de Janeiro 2010 Sinopse introdução à Engenharia Modelagem e Solução de Problemas mostra como os profissionais resolvem problemas no dia a dia provendo os engenheiros do conhecimento essencial que precisam para ter sucesso Brockman utiliza os conceitos básicos de matérias como matemática ciência e física para resolver os problemas que surgem no exercício da profissão desde a estabilidade de uma plataforma offshore de petróleo à maneira mais eficiente de fornecer água a comunidades carentes Os capítulos da primeira parte deste livro discutem a representação e a resolução de problemas abrangendo engenharia e sociedade e organização e representa ção de sistemas de engenharia Já a segunda parte trata dos projetos baseados em modelos matemáticos da engenharia usando para isso leis da natureza e modelos teóricos análise de dados e modelos empíricos e modelagem da relação entre os componentes de um sistema estruturas leves entre outras ferramentas Por fim o pacote computacional MATLAB é o assunto da terceira parte com a apresentação das ferramentas necessárias para implementar os modelos apresentados na segunda parte desta obra O livro possui quatro apêndices como adição ao já completo conteúdo do livro disponibilizando ao estudante orientação para método de resolução de problemas taxonomia de Bloom sociedades de engenharia norteamericanas e sistemas de unidades LIVRO 245 MORIN E Introdução ao Pensamento Complexo 5 ed Porto Alegre Editora Sulina 2005 BERTALANFFY L V General System Theory Foundations Development Applications New York George Braziller Inc 1968 KONDEPUDI D PRIGOGINE I Modern Thermodynamics From Heat Engines to Dissipative Structures 2 ed Susex UK John Wiley and Sons Ltda 2015 REFERÊNCIAS ONLINE 1Em https3bpblogspotcomf8cmJYYXaGIU8HDVVwUbIAAAAAAAACionmyKNORW0Bss1600 viadutopaulodefrontinjpg Acesso em 27 nov 2017 2Em httpsiytimgcomviYhkqjcX60DYmaxresdefaultjpg Acesso em 27 nov 2017 3Em https3bpblogspotcomYGUW1KhEa4V2y9KpxoIAAAAAAAAj3gCJvl7JAxMFU95GG lC7ZCEAZ0Za3NgpbwCLcBs1600minhocao05jpg Acesso em 27 nov 2017 4Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbcc11925kurtgC3B6del png200px1925kurtgC3B6delpng Acesso em 27 nov 2017 5Em httpsuploadwikimediaorgwikipediacommons999ClaudeShannonMFO3807jpg Acesso em 27 nov 2017 246 1 A 2 C 3 E 4 A 5 B 6 C 7 E 8 C 9 A Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo Diário de Bordo CONCLUSÃO Neste material procuramos trabalhar os assuntos ligados à Engenharia estabelecendo conexões entre suas diversas atividades e conquistas para que o estudante tenha uma visão geral atualizada e contextualizada da atividade que exercerá no futuro Iniciamos na Unidade I com noções de como as atividades de trans formação e uso dos recursos naturais permitiram à espécie humana sua sobrevivência e evolução O cuidado com as habitações a manufatura de ferramentas e armas foram os primeiros sinais do surgimento da ativida de de engenharia Ainda na Unidade I mostramos como na antiguidade Grécia Egito e Roma a construção se desenvolveu como arte e como tecnologia com o surgimento de teatros arenas monumentos sistemas de distribuição de água e estradas marcando o construtor como novo protagonista da sociedade Na Unidade II tratamos do surgimento das primeiras Escolas de Enge nharias no mundo e no Brasil durante os séculos XVII XVIII e XIX e como o Positivismo transformou a Engenharia em um prolongamento tecnológico da ciência Na Unidade III discutimos as grandes conquistas da Engenharia que mudaram o mundo no século XX relacionandoas com as modalidades de trabalho emergentes As Unidades IV V VI VII e VIII foram dedicadas às engenharias Civil Elétrica Química Produção e Mecânica respectivamente A apresentação de todas elas seguiu o mesmo esquema mostrando as áreas de atuação pequenos problemas e tendências à modernização do trabalho Na última unidade tratamos da Engenharia do século XXI Complexidade que nos dias de hoje integra as modalidades e usa de maneira expressiva os recursos computacionais disponíveis Foi uma jornada de conhecimento e descobertas sempre enfatizando a necessidade de usar racionalmente os recursos disponíveis respeitar a vida e a sustentabilidade do planeta