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8/19/2019 Desafio_Profissional

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DESAFIO PROFISSIONALCURSO: ENGENHARIA 3ª SÉRIE

Disciplinas norteadoras: Física II; Cálculo II; Estatística; Cálculo Numérico;Direito e Legislação; Fundamentos de Hidrostática e Calorimetria.

O Desafio Profissional é um procedimento metodológico de ensino-aprendizagem que tem por objetivos:

favorecer a aprendizagem;

estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e eficaz;

promover o estudo dirigido a distância;

desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado;

oferecer diferentes ambientes de aprendizagem; auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes

Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação;

promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas

práticos relativos à profissão;

direcionar o estudante para a busca do raciocínio crítico e a emancipação

intelectual.

Para atingir esses objetivos, você deverá seguir as instruções na elaboração do

Desafio Profissional ao longo do semestre, sob a orientação do tutor a distância,

considerando as disciplinas norteadoras.

A sua participação nesta proposta é essencial para o desenvolvimento de

competências e habilidades requeridas na sua atuação profissional.

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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES


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Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as

competências e habilidades que constam nas Diretrizes Curriculares Nacionaisdescritas a seguir:

Identificar os conceitos de massa específica, densidade, pressão e

viscosidade no transporte e armazenamento de fluidos;

relacionar os conhecimentos relativos à Física, em especial à Dinâmica e

Hidrostática, com situações do cotidiano industrial singular;

realizar coleta, depuração e apresentação de dados utilizando recursos

estatísticos aplicados à observação de fenômenos físicos;

utilizar, com propriedade, os processos de integração e resolução de sistemas

lineares;

determinar, a partir da compreensão de estruturas físicas, as forças atuantes

nesse meio;

compreender os processos legais de descarte resíduos e as implicações do

mau uso desses recursos.

OBJETIVO DO DESAFIO

Refletir sobre as estratégias de armazenamento e distribuição de fluido

lubrificante, considerando todas as implicações físicas desse processo.

PRODUÇÃO ACADÊMICAControlar o desempenho de um sistema de distribuição de óleo lubrificante em

uma indústria de manufatura e locação de maquinário agrícola.

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Grande parte dos maquinários agrícolas ou da construção civil, como

colheitadeiras, tratores, empilhadeiras, escavadeiras, faz uso de óleos tanto nalubrificação de seus motores como na transmissão de força, via princípio de Pascal,

para os freios e para os dispositivos atuadores inerentes a elas. O controle das

características físicas e químicas desses óleos é de suma importância, pois o

desempenho correto do maquinário depende da qualidade adequada desse produto.

A segurança é fator preponderante na utilização de maquinário automotor. O

crescimento industrial, seja na produção de serviço ou de bens de consumo, frutos de

manufatura, em escala crescente, exigiu o uso de maquinários que multipliquem a

força e tempo de trabalho. Uma mesma tubulação construída por homens e pás leva

um tempo e detém um esforço muito maior que o mesmo serviço desempenhado por

uma escavadeira. Nas indústrias, o movimento das esteiras e o deslocamento de

pallets por meio de braços mecânicos ou empilhadeiras tornou-se uma constante.

Os óleos utilizados na lubrificação de motores e como fluidos nos sistemas de

transmissão são compostos por óleos minerais ou sintéticos, os quais recebem aditivos

que lhe conferem as propriedades específicas a sua utilização. Os óleos minerais são

produzidos a partir do refino do petróleo e os óleos sintéticos, nas usinas de química

fina. Quando nos referimos a óleos minerais, podemos destacar três formulações:

Óleos de base parafínico: óleos com ligações químicas estáveis e para os

quais a modificação por influência química é muito difícil.

Óleos de base naftênico: óleos cuja estrutura apresenta moléculas em ciclo,

o que lhes confere certa estabilidade e a facilidade de alteração por processos

químicos.

Óleos de base misto: óleos produzidos a partir de misturas dos dois óleos

acima citados, em quantidades variadas, que atendam às características

necessárias ao campo de aplicação.

Nas condições desse desafio, tomaremos um óleo específico como base de

trabalho. Todas as aplicações nos setores da indústria em questão serão obtidas a

partir desse óleo base. É importante salientar que tomamos uma situação hipotéticapara essa atividade. A mesma situação poderá ser encontrada em processos de


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armazenagem de água, combustível, sementes ou outros fluidos úteis a uma dada

aplicação.Situação-problema: o óleo mineral utilizado nas diversas atividades e

equipamento de uma indústria de maquinário agrícola é estocado em um reservatório

cuja forma é apresentada na Figura 1. A partir desse reservatório, bombas e

tubulações transportam esse óleo para setores específicos da indústria. O controle da

qualidade do óleo e da influência de fatores deteriorantes como umidade, temperatura,

tempo e consecutivas misturas será feito com base nas propriedades físicas coletadas

do óleo dentro do reservatório. O controle de estoque e do gasto energético no

transporte desse fluido também serão considerados. Assim, a princípio, reflita sobre a

seguinte questão: Quais propriedades físicas de um fluido são importantes na

determinação de sua qualidade e dos processos de manuseio desse material?

Figura 1 – Reservatório de óleo

B

B

Manômetro

B

B

5,5 m

8,2 m

3 6 m

0 8 m

1

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3

4


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Características dimensionais do reservatório:I. 4 bombas (B1, B2, B3 e B4) cujas alturas estão determinadas na figura.

II. Corpo composto por topo cilíndrico de altura 3 m e diâmetro 4 m solidário a

um tronco de cone cilíndrico de diâmetro menor 1,8 m e altura 7 m.

III. Manômetro instalado na base do reservatório que está a 80 cm do solo.

Passo 1

Determinação da densidade do óleo no reservatório por meio da leitura do

manômetro

Vamos iniciar nossas atividades! Como você sabe, o manômetro é um dispositivo

utilizado para a determinação da pressão de fluido. Para determinarmos a densidadedo óleo dentro do reservatório, será preciso dispormos do conceito de pressão hídrica,

discutido na disciplina Fundamentos de Hidrostática e Calorimetria.

Como a pressão no fundo do reservatório pode nos fornecer a densidade do

fluido que ele contém?

Como a densidade pode auxiliar na caracterização do óleo? Que outras

propriedades dos fluidos devem ser consideradas nessa aplicação em

especial?

Agora, com as respostas que encontrou, terá suporte para discussões futuras a

respeito do assunto. É preciso, então, determinar a densidade a partir dos dados

coletados por um técnico responsável:

Leitura do manômetro: 1,795 x 105 N.m-2 (reservatório cheio).

Temperatura ambiente: 30ºC.

Semana: 24.


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Altitude local: 600 metros acima do nível do mar.

Com base nas informações, pesquise a pressão atmosférica local, a aceleração

gravitacional local e estime a densidade do óleo. Em seguida, compare o resultado

com os dados médios do quadro a seguir e descreva o que se pode concluir dessa

leitura.

Temperatura (ºC) Densidade (g.cm-3)

0 0,905 –

0,90010 0,900 – 0,884

20 0,884 – 0,872

30 0,872 – 0,860

40 0,860 – 0,827

50 0,827 – 0,801

Passo 2

Cálculo da reação sobre as hastes que sustentam os condutos das bombas

Nesta fase, iremos analisar a reação que as hastes que suportam os tubos

condutores de óleo, do reservatório às bombas, são capazes de suportar, serão

utilizados os conceitos de Momento de Força e Equilíbrio dos Pontos Materiais,

discutidos em Física II, além dos conceitos de Fundamentos de Hidrostática eCalorimetria.

Cada uma das quatro bombas responsáveis pela distribuição do óleo do

reservatório está localizada a uma distância específica dele. Os dutos de aço cilíndricos

que conduzem o óleo do reservatório até as bombas são apoiados unicamente por

uma haste fixa ao solo e pelo próprio reservatório (que deve ser tomado como ponto

de apoio). A massa dos dutos de aço, por metro de comprimento, vale 24,06 kg. O

diâmetro interno desses dutos vale 19 cm.


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Entretanto, à medida que o duto se afasta do reservatório e se aproxima da

máquina, fatores térmicos fazem a densidade do óleo variar. A massa de óleo ao longode uma tubulação de comprimento L e área A pode se estimada pela equação abaixo.

Essa relação hipotética foi estabelecida experimentalmente pelo corpo técnico da

indústria.

m = D0 x A x ∫ √L0,33dL

0

Nesse caso, D0 corresponde ao maior valor que a densidade pode apresentar

dentro do reservatório.

Amparado nos conceitos de integral discutidos na disciplina Calculo II, você

deve considerar os dutos repletos de óleo nas condições de maior densidade. Lembre-

se que, nos conceitos discutidos em Física II, a força peso de uma barra deve ser

localizada no seu ponto médio.

As distâncias das bombas ao reservatório e das hastes aos reservatórios são,

respectivamente:

Bomba 1 = 25 m e 15 m

Bomba 2 = 10 m e 8 m

Bomba 3 =16 m e 10 m

Bomba 4 = 18 m e 14 m


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A Figura 2 ilustra o processo de sustentação da haste para a bomba 1, sendo

análogo para as demais bombas.

Estime, então, a reação (em Newtons) de cada uma das hastes que sustentam os

dutos.

Passo 3

Análise trimestral da qualidade do óleo

Você estimou a densidade média do óleo na 24ª semana, última do semestre.

Abaixo, seguem as demais leituras feitas pelo técnico responsável, em condições

praticamente constantes, nas demais semanas do semestre (em kg.m-3):

0,877 0,854 0,888 0,880 0,874 0,874

Figura 2 - Disposição da haste de sustentação dos dutos.

8,2 m

25 m

15 m


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0,862 0,851 0,863 0,877 0,877 0,875

0,891 0,844 0,888 0,871 0,874 0,854

0,868 0,857 0,874 0,877 0,863Seu

resultado

Com base nesses dados, você deve construir uma tabela de frequência. A partir

da tabela, apresente um histograma com a frequência dos valores de densidade

estimados. Você deve trabalhar em faixas de frequência com amplitude de 0,02 kg.m-

3.

A tabela de frequência apresenta duas colunas: a primeira contendo o intervalo

de densidade analisado e a segunda apresenta o número de leituras que estimaram

uma densidade dentro desse intervalo. Isso é denominado frequência e é zero quando,

para um dado intervalo, não ocorreu nenhuma estimativa.

Forneça, ainda, a média, a moda e a mediana dos valores encontrados. Lembre-

se dos conceitos de medida de dispersão apresentados na disciplina Estatística.

Para a construção do histograma, você pode fazer uso de um aplicativo como o

EXCEL. Você irá encontrar sugestões em: http://www.tecmundo.com.br/como-

fazer/31723-excel-como-criar-um-histograma.htm

Em quantas leituras, nessa análise, são reveladas uma qualidade imprópria para

o óleo?

Passo 4

Estimativa do consumo energético das bombas

Recordando os conceitos discutidos em Física II, o trabalho executado sobre

um corpo corresponde à energia gasta no descolamento desse corpo. Assim, o trabalho

corresponde à variação da energia cinética. As bombas que transportam o óleo fazem

conversão de energia elétrica em energia cinética. O consumo de energia elétrica é

tarifado, geralmente em kW.h. Então, partindo-se da vazão de cada bomba, é possível


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determinar o tempo total que cada bomba funcionou em um dia. O consumo

energético será, então, determinado como segue:Consumo = potência da bomba (kW) x tempo de uso (h)

Dados revelam o consumo médio, em kW.h, do sistema de bombas nas quatro

semanas dentro de dado mês:

Semana 1: 19,5

Semana 2: 18,5

Semana 3: 15,5

Semana 4: 18

São conhecidos os tempos médios (em horas) de funcionamento de cada bomba

no decorrer das quatro semanas.

Bomba 1 Bomba 2 Bomba 3 Bomba 4

1ª semana 2 2 3 1

2ª semana 1 1 2 3

3ª semana 4 0 1 1

4ª semana 1 3 2 1,5

Considerando as variáveis X, Y, Z e W, os tempos de funcionamento de cada

bomba nas quatro semanas do mês, construa um sistema 4 x 4 com as informações

consideradas acima e determine a potência (em kW) de trabalho para cada bomba.

Para resolver o sistema, faça uso dos métodos vistos na disciplina Cálculo Numérico.

Passo 5

Descarte de óleo lubrificante

Faça uma pesquisa a respeito da forma correta de se descartar óleos

lubrificantes e das penalidades aplicadas aos responsáveis pelo descarte incorreto

desses produtos. Com base nas discussões da disciplina de Direito, elabore uma

resenha com as principais obrigações e penalidades cabíveis, à luz da legislaçãovigente, às empresas que trabalham com esse produto.


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ORIENTAÇÃO PEDAGÓGICA

Atente, inicialmente, para a representação gráfica do reservatório. Procure

estimar, previamente, o volume total do tanque, a altura total e altura em relação ao

manômetro. Revise os conceitos de densidade, massa específica, pressão atmosférica

e pressão hídrica. Tais conceitos serão extremamente importantes na resolução do

primeiro passo deste Desafio.

No primeiro passo, são dadas informações importantes para a determinação dadensidade do óleo contido no reservatório. Reflita sobre essas informações e pesquise,

em fonte confiável, as demais informações necessárias à determinação exigida.

Compare os resultados com a tabela fornecida nessa etapa. Considere, nessa

comparação, as condições de temperatura informadas.

Prepare-se para o segundo passo revendo o conceito de integral definida e as

regras de integração estudadas no final do curso de Cálculo II. Você irá precisar desse

recurso para determinar a massa total de fluido em cada tubo. Atente para as unidades

de medida do Sistema Internacional ao efetuar o dimensionamento dos esforços

sofridos pelas hastes sustentadoras.

No terceiro passo, é preciso recordar conceitos de medida de dispersão de

organização de dados em classes de frequência. Agrupe os dados fornecidos, não se

esquecendo de incluir aquele obtido por você no passo 1. Utilize algum aplicativo para

a elaboração do histograma e, analisando esse gráfico, perceba as características de

qualidade do óleo no semestre.

Para o quarto passo, é necessário relembrar os métodos de trabalho com

sistemas lineares. Analise, com atenção, que variáveis são pertinentes à elaboração

das quatro equações que, ao constituírem um sistema linear, irão possibilitar a

determinação da potência de operação de cada bomba.

Por fim, partindo de fontes seguras de pesquisa, reflita e argumente a respeitos

do processo de descarte de óleos lubrificantes. Pense na questão ambiental, nas


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coerências das penalidades aplicadas e elabore, então, uma resenha destacando

pontos importantes desse processo.

POSTAGEM DO DESAFIO PROFISSIONAL

O resultado da atividade deve ser inserida no Ambiente Virtual, versão final do

Desafio Profissional, arquivo único em formato .doc / .docx (Word), para a avaliação

do tutor a distância.

CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO

Desafio Profissional: nota – 0 a 4 pontos.

Observância à padronização e às orientações para a construção do projeto.

PADRONIZAÇÃO

A atividade deve ser estruturada de acordo com a seguinte padronização:

1. Em páginas de formato A4.

2. Margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm.

3. Fonte Times New Roman ou Arial tamanho 12 e cor preta.

4. Espaçamento de 1,5 entre linhas.

5. Se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho

10, com um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre

linhas.6. Com capa, contendo:

6.1.

Nome de sua unidade de ensino, curso e disciplinas.

6.2. Nome completo e RA do(a) aluno(a).

6.3. Título da atividade.

6.4. Nome do(a) tutor(a) a distância (EAD).

6.5. Cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.


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REFERÊNCIAS

CAMPOS, Nelson. PLT Noções essenciais de direito. 11. ed. São Paulo: Saraiva; Valinhos: Anhanguera Educacional, 2011.

CRESPO, Antônio Arnot. Estatística Fácil. 19. ed. São Paulo: Saraiva, 2009.

FLEMMING, Diva M. Cálculo A: funções, limite, derivação, integração. 6. ed. SãoPaulo: Pearson-Prentice Hall, 2010.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física:gravitação, ondas e temodinâmica. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC,2009.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física 1:mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC , 2008.

HUGHES-HALLETT, Deborah. Cálculo de uma Variável. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos, 2004, v. 1.

LARSON, Ron; FARBER, Betsy. Estatística aplicada. 2. ed. São Paulo: Pearson,2008.

PALAIA, Nelson. Noções Essenciais de Direito. 4. ed. São Paulo: Saraiva, 2011.

SEARS, Francis W.; ZEMANSKY, Mark M. Física I: Mecânica. 12. ed. São Paulo:Pearson-Addison Wesley, 2008. v. 1.

STEWART, James M. Cálculo. 6a ed. São Paulo: Cengage Learning, 2010. SãoPaulo: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2009. v. 2.

COMO CITAR ESTE DESAFIO PROFISSIONAL

FOSSATI, Freuler G.; Desafio Profissional do curso de Engenharia Civil 3ºsérie. [Online]. Valinhos, 2015, p. 1-13. Disponível em:. Acesso em: jul. 2015.
http://www.anhanguera.edu.br/ceadhttp://www.anhanguera.edu.br/cead

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