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3. História da Engenharia

Para este tema serão abordados os seguintes assuntos:

3.1. Síntese Histórica.

3.2. Surgimento da Engenharia Moderna.

3.3. Marcos Históricos Importantes.

3.4. As Primeiras Escolas de Engenharia.

3.5. Alguns Factos Marcantes da Ciência e da Tecnologia.

3.6. Tecnologistas.

3.7. Ciência e Engenharia.

3.8. Panorama Geral da Engenharia.

3.9. Especializações na Engenharia.

3.10. Múltiplas Actividades.

3.11. Processos de Formação.

3.12. Áreas de Actuação Profissional.

3.1. Síntese Histórica

Um elemento constante na história da evolução da humanidade de dar forma a objectos naturais e empregá-los para determinados fins, como por exemplo para a fabricação de ferramentas. Estima-se que as mais antigas ferramentas, encontradas na Tanzânia, foram fabricadas há cerca de 1.750.000 anos, por uma população pré-humana, consistindo apenas de pedras lascadas e seixos partidos, usados de forma bastante rudimentar.

Esta evolução é fruto do aparecimento e do constante aprimoramento de um tipo de indíviduo preocupado com o desenvolvimento de técnicas e, na história mais recente da humanidade, ao aparecimento de um novo tipo de intelectual, com base educacional técnica e íntima relação com processos de desenvolvimento de tecnologia.

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Pode-se afirmar, também, que as técnicas primitivas tiveram origem na descoberta da alavanca – quando o homem sentiu que podia mover cargas mais bem pesadas do que as que normalmente movia com seus próprios braços – ,no domínio do fogo – conseguido através da fricção de dois pedaços de madeira, fundamentado, provavelmente, na observação do efeito de atrito entre os ramos secos balançadas pelo vento –, no polimento das pedras e no cozimento dos alimentos, surgidos ainda no período paleolítico.

Há cerca de 6 mil anos uma verdadeira revolução técnica aparece, provocando um conjunto de modificações culturais caracterizado, basicamente, pela introdução da agricultura, da domesticação de animais da modelagem cerâmica e da fabricação do vinho e da cerveja. Este é o chamado Período Neolítico.

Após as idades da pedra lascada e da pedra polida, o homem começou a conhecer e a utilizar os primeiros metais, que foram o cobre e o estanho, usados inicialmente para a fabricação de instrumentos de caça e defesa. Este período histórico é denominado de Idade de Bronze.

Estudiosos da história indicam que por volta do ano 2000 a.c., mais ao menos junto com a invenção do alfabeto para a escrita e a numeração, o homem passou a utilizar o processo de fundição de metais, pois os etruscos ( povo que habitava a península Itálica) por volta desta época já fundiam o ferro com alguma perfeição. Ainda nesta época, a arquitectura foi enriquecida com novas técnicas, deu-se a invenção da roda e a construção de primeiras máquinas simples.

Enquanto isso, os egípcios começavam a utilizar o papiro para a escrita e já canalizavam a água do rio do Nilo para a irrigação. Os povos mediterrâneos e escandinavos desenvolviam técnicas mais sofisticadas para a construção de navios, ao mesmo tempo que em Jerusalém um sistema subterrâneo para o fornecimento de água e na China era publicado o primeiro manual de matemática.

Ao longo dos séculos, novas descobertas foram feitas e os conhecimentos foram-se avolumando, sempre com base empírica. As descobertas técnicas eram tidas como presentes dos deuses, ou privilégios de alguns, sendo apenas transmitidas ao escolhido por eles.

Um marco importante para disseminação da ciência e da técnica foi estabelecido em 1450, quando Johannes Glensfleisch ( Gutemberg), partindo de uma antiquíssima.

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Fig. 3.1

invenção dos chineses a imprensa, a aperfeiçou – implantando os tipos móveis para a composição gráfica – e mecanizou o processo, garantindo uma impressão mais rápida. Este facto injectou novo dinamismo no progresso intelectual, porque apartir daí os conhecimentos passaram a circular com maior velocidade, pois eram reproduzidos mais facilmente. Até esta época, os conhecimentos só circulavam verbalmente ou através de manuscritos, que eram raros.

3.2. Surgimento da Engenharia Moderna

As técnicas evoluíram, e com isto ocorreu o aparecimento gradual de um especialista na solução de problemas. Estes especialistas inicialmente não tinham a preocupação com fundamentos teóricos, e ocupavam-se a construir dispositivos, estruturas, processos e instrumentos com base em experiências passadas.

fig. 3.2

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Com a rápida expansão dos conhecimentos científicos e sua aplicação aos problemas práticos, surge o engenheiro, que é, na realidade, o resultado de todo um processo de evolução ocorrido durante milénios. Aos poucos a engenharia foi se estruturando, fruto fundamentalmente do desenvolvimento da matemática e da explicação dos fenómenos físicos.

Quando no século XVIII se chegou a um conjunto sistemático e ordenado de doutrinas, estava lançada, definitivamente, a semente da nova engenharia. Este facto estabelece um marco divisório entre duas engenharias: a engenharia do Clássica (Passado) e a engenharia Moderna (Actual).

A engenharia do Passado foi aquela caracterizada pelos grandes esforços do homem no sentido de criar e aperfeiçoar dispositivos que aproveitassem os recursos naturais. Foram estes primeiros engenheiros responsáveis pelo aparecimento de armamentos, fortificações, estradas, pontes, canais, etc. A característica básica destes indíviduos foi o empirismo, pois trabalhavam com base na prática transmitida pelos que os antecediam, na sua própria experiência e no seu espírito criador.

A engenharia Moderna é aquela que se caracteriza pela aplicação generalizada dos conhecimentos científicos à solução de problemas. Ela pode dedicar-se basicamente, a problemas da mesma espécie que a engenharia do Passado se dedicava, porém com a característica distinta e marcante que é a aplicação da ciência. Esta aplicação é sempre pautada em conhecimentos tais como: estrutura da matéria, fenómenos electromagnéticos, composição química dos materiais, leis da mecânica, transferência de energia, modelagens matemáticas dos fenómenos físicos.

Exemplo: é o caso da máquina à vapor, não mais apenas a preocupação com a concepção, da máquina e o seu funcionamento, principalmente, a aplicação das leis da termodinamica e da transferência de calor, a queima optimizada dos combustíveis, a análise dos efeitos térmicos sobre a distribuição de tensões na estrutura da máquina, melhoria geral do projecto para permitir a automatização na produção.

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Fig.3.3

3.3. Marcos Históricos Importantes

A tecnologia, tal como hoje é entendida, só apareceu há cerca de 400 anos, mas tomou corpo apenas com a Revolução Industrial, quando se notou que tudo o que era construído pelos homens podia sê-lo usando os princípios básicos da ciência.

Um dos precursores desta era foi Leonardo Da Vinci (1452 – 1519) que reunia, eximiamente, o saber teórico ao prático.

Um facto marcante na evolução industrial foi a implantação da máquina à vapor na indústria da tecelagem, ocorrida por volta de 1782.

Outro grande avanço o processo de industrialização foi a utilização do motor eléctrico como fonte de energia, que substituíu os complicados sistemas de aproveitamento da energia directamente da natureza. O primeiro gerador eléctrico experimental foi construído pelo fabricante francês de instrumentos Hippolyte Pixii, em 1832. Entretanto, apenas em 1871 foi utilizado, na prática, o primeiro motor eléctrico.

Segundo historiadores, o primeiro emprego do termo engenheiro – proveniente da palavra latina Ingenium, que significa engenho ou habilidade – foi feita na Itália. Oficialmente, esta designação apareceu pela primeira vez numa ordem régia de Carlos V (1337 – 1380), da França, mas apenas no século XVIII é que começou a ser utilizada para identificar aqueles que faziam técnicas com base em princípios científicos. Apenas em 1814 é que o termo “Engenharia” foi dicionarizado em língua portuguesa.

O primeiro título de engenheiro foi usado pelo inglês John Smeaton (1724 – 1792), que se auto – intitulou engenheiro cívil. Inicialmente esta designação serviu em muitos países para definir toda engenharia que se não ocupava de serviços públicos ou do estado; em outros países compreendia toda engenharia com a excepção militar.

N.B. O ínicio da aplicação dos conhecimentos científicos a engenharia foi repleto de fracassos, como por exemplo:

Os esforços malogrados de Leibniz na instalação de bombas movidas por moinhos de vento, para controlar águas de minas. O fracasso de Huyghens no desenvolvimento de um motor de explosão a pólvora.

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A incapacidade de três matemáticos de renome, em 1742, nomeados pelo Papa, para descobrir as causas dos sinais de colapso apresentados no domo da Basílica São Paulo.

Fig.3.4

Fig. 3.5 – Trabalho de Galileu- análise de uma viga encastrada.

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3.4. As Primeiras Escolas de Engenharia

1747 foi criada na França aquela que é considerada a primeira escola de engenharia do mundo, a École Le Des Ponts Et Chaussées.

1778, o conservatoire des arts et metiers. Estas escolas eram voltadas para o ensino prático, diferentes portanto da École Polytechnique (1774), que tinha como finalidade ensinar as aplicações da matemática aos problemas de engenharia. Assim, havia uma divisão da engenharia em dois campos: o dos engenheiros práticos e dos teóricos. Depois apareceram mais escolas em outros países tais como: Estados Unidos (Massachusetts Institute of Technology – 1865), Praga (1806), De Viena (1815), De Karlsruhe (1825) e de Munique (1827). Entretanto, a escola que maior importância teve no aparecimento da Engenharia Moderna foi a de Zurique (1854) – Eidgenossische Technishe Hochschule.

3.5 Alguns Factos Marcantes da Ciência e da Tecnologia

1620 – Bacon preconiza o método experimental

1637 – René Descartes publica o primeiro tratado da geometria analítica e formula as leis da refração.

1642 – Blaise Pascal constrói a primeira máquina de calcular.

1660 – É estabelecida a lei de Hooke, princípio básico para o estudo da resistência dos materiais,

ciência fundamental das engenharias.

1674 – O cálculo infinitesimal, ferramenta básica para a análise matemática, é inventado, por Newton

Leibniz.

1752 – Benjamim Franklin inventa o pará – raios.

1768 – Gaspar Monge cria Geometria Descritiva.

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1789 – Lavoiser enuncia a lei de conservação da massa.

1790 – Lavoiser publica a tábua dos trinta e um primeiros elementos químicos.

1800 – Alessandro Volta constrói a primeira bateria.

1824 – Sadi Carnot cria a termodinámica.

1885 – Gottlieb Daimler e Karl Benz constroem o primeiro automóvel.

3.6. Tecnologistas

São os solucionadores dos problemas da humanidade, que se dedicam primordialmente a aplicar e não originar, conhecimentos científicos.

Esquema-1

O tecnologista procura uma solução para o problema que se apresenta. Do mesmo modo, o engenheiro é um tecnologista, pois aplica as ciências físicas (ex: física e química) à solução de outras categorias de problemas da humanidade.

O engenheiro não exite somente para aplicar a ciência, mas sim para resolver problemas, utilizando os conhecimentos científicos a seu dispôr.

3.7. Ciência e Engenharia

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Conhecimentos

Científicos

Problemas da

humanidade

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Ciência é um conjunto de conhecimentos relativos as estruturas e aos fenómenos da natureza, compreendendo a matéria, a energia e a vida. Os cientistas orientam as suas actividades normais no sentido de aplicar aqueles conhecimentos, utilizando um processo que se chama pesquisa.

O principal objectivo do cientista é originar novos conhecimentos, enquanto que o engenheiro é criar dispositivos, estruturas ou processos tangíveis, de utilidade para o homem.

O engenheiro é um criador.

O engenheiro ao executar um projecto destacam-se:

A viabilidade económica;

A segurança;

A aceitação pública;

A possibilidade de fabricação ou construção.

Enquanto que o cientista nas suas actividades normais interessa-se:

Pela validéz de suas teorias;

Pela possibilidade de reprodução de suas experiências;

Pelo aperfeiçoamento dos meios de observação dos fenómenos naturais.

N.B. “ Os cientistas estudam o que existe, os engenheiros criam o que nunca antes existira”.

Exemplo 1: A formulação dos princípios da indução electromagnética por Faraday constituíu uma contribuição para a ciência; mas a aplicação desses princípios ao projecto de geradores eléctricos, é engenharia.

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Exemplo 2: Quando o homem, em 1939, passou a conhecer a ficção nuclear houve uma descoberta científica; mas a utilização desse conhecimento no projecto de reactores nucleares, é engenharia.

3.8. Panorama Geral da Engenharia

A engenharia é a profissão cujo o objectivo primordial é criar dispositivos, estruturas e processos tangíveis, tais como o refrigerador, a auto-estrada, a refinaria de petróleo e muitas outras coisas materiais que tão profundamente afectam a nossa vida quotidiana.

Essas criações permitem converter os recursos materiais, energéticos, humanos e de informação a formas que atendam às necessidades da sociedade.

Exemplos:

Escoamento livre da água em água represada disponível

um rio para energia, irrigação, etc.

Energia potencial sob a forma energia cinética.

de água represada pela barragem

Energia cinética produzida pela electricidade.

turbina

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Turbina

Gerador

Refinaria

Barragem

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Cana açúcar.

Combustível tracção

Fios, vidro, metal, etc. aparelho de televisão

Informação sob uma certa Informação sob forma mais útil

forma

Em síntese: A engenharia é a profissão essencialmente dedicada à aplicação de um certo conjunto de conhecimentos, de certas habilitações e de uma certa atitude à criação de dispositivos, estruturas e processos utilizados para converter recursos a formas adequadas ao atendimento das necessidades humanas.

3.9. Especializações na Engenharia

É impossível a um mesmo engenheiro ser igualmente capaz de projectar pontes, aparelhos de televisão, motores à jacto, usinas metalúrgicas, máquinas têxteis. Por isso houve especializações tais como:

Engenharia Mecânica; Engenharia Eléctrica; Engenharia Química; Ciências de Engenharia Ambiental; Engenharia e Gestão Industrial ; Engenharia Electrónica;

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Motor

jacto

Sistema de Produção

produção

Computador

produção

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Engenharia Civil; Engenharia Informática; Etc..., etc...

Resumo

Até no século XIX a engenharia era relativamente influenciada pela ciência. A expansão dos conhecimentos científicos, possibilitando o aumento do bem estar da humanidade, veio revolucionar a prática da engenharia. Em contraste com o passado, a engenharia actual é mais ciência e menos arte, embora ainda muito se recorra à arte, sob a forma de engenho e de discernimento, no aproveitamento dos recursos naturais. Para criar os complexos dispositivos, estruturas e processos que tal permitem, o engenheiro deverá contar com certos atributos.

3.10. Múltiplas Actividades

O campo de activação da engenharia é muito amplo para que alguém possa dominar, com excelência, a tecnologia, o embasamento científico e as experiências vinculadas a todas as suas múltiplas tarefas.

É competência dos engenheiros projectar, executar, administrar, verificar, fiscalizar e pesquisar trabalhos tais como:

a) Hidroeléctrica – Barragem, geração e distribuição de energia, painéis de controle.

b) Automóvel – Sistema de suspensão, direcção e freio, motor, chassi, perfil aerodinâmico, painel de instrumentos.

c) Jacto Comercial – Sistema de navegação e de propulsão, trem de pouso, estrutura da aeronave, aproveitamento interno, perfil aerodinâmico.

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d) Planta Química – Reactores, sistema de distribuição dos produtos, vasos pressurizados, lay out da planta, tanques de armazenamento, torre de fraccionamento, processos químicos envolvidos.

e) Prédio Residencial – Fundações, estrutura, efeito dos ventos e outras intempéries, planta baixa, arquitetura da edificação, canteiro de obras, pessoal necessário para a construção.

f) Aeroporto – Pista de pouso, torre de observação, hangar, prédio da administração, sistema de armazenamento e abastecimento de combustíveis, sistema de segurança, vias de acesso, transporte de bagagens.

g) Obras de Saneamento – Barragens, captação, tratamento e distribuição de água, rectificação de canais, serviços de esgoto, levantamento topográfico.

3.11. Processos de Formação

a) Formação Básica;

b) Formação Geral;

c) Formação Complementar;

d) Formação Profissional.

a) Formação Básica - As matérias de formação básica, que são comuns a todos os cursos de engenharia, cobrem os seguintes campos de estudo:Matemática, Física, Química, Mecânica (estática, cinemática e dinâmica), Processamento de Dados (conceitos básicos de computação), Desenho, Electricidade (circuitos, medidas eléctricas e magnéticas, componentes e equipamentos eléctricos e electrónicos), Resistências dos Materiais, Fenómenos de Transportes (mecânica dos fluídos).

b) Formação Geral – Os engenheiros precisam de ter conhecimentos de matérias de natureza humanística e de ciências sociais tais como: Noções Gerais de Contabilidade e Balanço, Economia, Macroeconomia, Administração Financeira, Administração e Organização Industrial (empresas), Preservação de Recursos Naturais, Temas Jurídicos, Ciências do Ambiente, etc.

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c) Formação Complementar – São disciplinas extra-curriculares, cursos de extensão oferecidos pela escola, nas diversas áreas, também são importantes para complementar à formação. Exemplos: O aprendizado de outro idioma (principalmente o inglês) é importante para que se mantenha contacto com publicações internacionais, que sempre trazem as últimas novidades no campo científico-tecnológico. Também o ensino na área de informática é muito importante, pois na engenharia em todos seus campos,e inquestionável a sua aplicação. O enganjamento em grupos de pesquisa também é uma excelente forma de aprendizado nesta ou em qualquer área.

d) Formação Profissional – Existem várias áreas de formação distintas para os profissionais de engenharia, entre elas temos: Cívil, Eléctrica, Mecânica, Química, Electrónica, Informática, Ambiental e Gestão Industrial.

Na Química Temos:

Química Analítica – Métodos analíticos, qualitativos e quantitativos. Análise Instrumental.

Química Descritiva – Química orgânica. Química inorgânica. Obtenção, estrutura, propriedades e uso das substâncias simples e compostas, orgânicas e inorgânicas.

Físico – Química – Gases, líquidos e sólidos. Termodinâmica. Equilíbrio. Electroquímica. Cinética.

Materiais – Elementos de ciências dos materiais. Tecnologia dos materiais empregados em construções, na indústria química.

Química Industrial – Obtenção, composição, propriedades e aplicações dos principais produtos químicos de uso de produção industrial.

Operações Unitárias – Operações unitárias principais. Equipamentos empregados na indústria química. Cálculo de reactores.

Processos Químicos – Principais processos unitários da indústria química. Balanços material e energético. Optimização, Análise e controlo de processos. Planeamento e projecto de instalações químicas.

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Na Cívil Temos:

Topografia – Planimetria. Altimetria. Desenho topográfico.

Mecânica dos Solos – Fundamentos de geologia. Caracterização e comportamento dos solos. Aplicações em obras de terras e fundações.

Hidrologia Aplicada – Ciclo hidrológico. Precipitação. Recursos hídricos superficiais e subterrâneos. Evaporação.

Hidraúlica – Escoamento em condutos forçados e canais. Hidrometria.

Teoria das Estruturas – Morfologia das estruturas. Isostática. Princípios de Hiperestática.

Materiais de Construção Cívil – Elementos de ciências dos materiais. Tecnologia dos materiais de construção cívil

Sistemas Estruturais – Estruturas de concreto. Estruturas de madeira. Estruturas metálicas.

Transportes – Estradas. Técnicas e economia dos transportes.

Saneamento Básico – Abastecimento de água. Sistemas de esgotos. Instalações hidráulicas e sanitárias.

Construção Cívil – Tecnologia de construção cívil. Planejamento e controlo das construções.

Na Electrotécnica Temos:

Circuitos Eléctricos – Comportamento permanente e transitório de circuitos resistivos, indutivos e capacitivos. Análise de redes. Acoplamentos magnéticos. Circuitos polifásicos.

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Electromagnetismo – Campos eléctricos e magnéticos estacionários. Campos eléctricos e magnéticos variáveis com o tempo. Ondas e linhas.

Electrónica – Componentes e dispositivos. Fontes. Amplificadores. Osciladores. Moduladores. Demoduladores. Circuitos digitais.

Materiais Elécricos – Elementos de ciências dos materiais. Tecnologia dos materiais eléctricos e magnéticos.

Conversão de Energia – Princípios de conversão de energia.Conversão electomecânica de energia. Máquinas e equipamentos de conversão.

Controle e Servomecanismos – Análise e síntese de sistemas contínuos e discretos. Modelos e simulação. Realimentação. Estabilidade e optimização.

Na Mecânica Temos:

Mecânica Aplicada – Cinemática e dinâmica das máquinas. Vibrações.

Termodinamica Aplicada – Princípios. Gases e vapores. Psicrometria. Ciclos termodinamicos.

Matérias de construção mecânica – Elementos de ciências dos materiais. Tecnologia dos materiais de construção mecânica. Metalografia. Ensaios mecânicos.

Sistemas Mecânicos – Elementos de máquinas. Composição de sistemas mecânicos.

Sistemas Térmicos – Trocadores (permutadores, transmissão) de calor. Geração e utilização de vapor. Máquinas térmicas. Refrigeração. Climatização.

Sistemas Fluidomecânicos – Máquinas de fluxo e de deslocamento. Controles Hidráulicos e pneumáticos.

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Processos de Fabricação – Metrologia. Conformação. Usinagem. Processos especiais de fabricação. Tecnologia metalúrgica. Processos de tratamento térmico.

3.12. Áreas de Actuação Profissional

Os níveis de actuação da engenharia desenvolve-se horizontal e verticalmente.

Vertical – são cursos de aperfeiçoamento, especialização e de pós graduação.

Horizontal – isto refere-se a cada área de trabalho tais como: Eng0 Civil, Eng0 Eléctrica, Eng0 Electrónica,

Eng0 Mecânica, Eng0 Informática, Eng0 Química, Eng0 e Gestão Industrial, Eng0 Ambiental, etc.

CORPO DOCENTE:

Eng0 Paulo J. Conselho, MSc- Regente

José Rungo D. Chiunze - Monitor

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