Fundamentos de Engenharia

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UMA INTRODUÇÃO TRADUÇÃO DA 5a EDIÇÃO NORTE-AMERICANA

Saeed Moaveni Fundamentos de engenharia é organizado em seis partes e vinte capítulos, com material suficiente para cursos de dois semestres. Essa abordagem permite que o professor escolha os tópicos de seu interesse. Ao longo dos capítulos, são apresentados exemplos relevantes do dia a dia, bem como problemas que exigem do aluno coleta de informações e análise. Para enfatizar a importância da equipe de trabalho na engenharia e para encorajar a participação em grupo, muitos problemas apresentados requerem o trabalho em grupo; alguns requerem a participação de toda a classe. O livro inclui estudos de casos com problemas e suas soluções incorporam os conceitos de engenharia e as leis discutidas nos capítulos precedentes. Além disso, a obra traz sete projetos improvisados e econômicos que podem ser desenvolvidos durante as aulas. Aplicações: Livro-texto dirigido a estudantes dos cursos de engenharia mecânica, elétrica, civil e da computação; como leitura complementar, pode ser utilizado em cursos de engenharia ambiental, agrícola, de alimentos e ciência da computação.

Material de apoio on-line para professores

Saeed Moaveni FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA: UMA INTRODUÇÃO

FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA

MATERIAL DE APOIO ON-LINE

OUTRAS OBRAS FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA GEOTÉCNICA Tradução da 8a edição norte-americana

Braja M. Das e Khaled Sobhan

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA MECÂNICA Tradução da 3a edição norte-americana

Jonathan Wickert e Kemper Lewis

PROBABILIDADE E ESTATÍSTICA PARA ENGENHARIA E CIÊNCIAS Tradução da 8a edição norte-americana

FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA UMA INTRODUÇÃO

Jay L. Devore

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS Tradução da 3a edição norte-americana

Donald R. Askeland e Wendelin J. Wright

TRADUÇÃO DA 5a EDIÇÃO NORTE-AMERICANA ISBN 13 978-85-221-2555-5 ISBN 10 85-221-2555-4 Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

Saeed Moaveni

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Fundamentos de engenharia

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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) M687f  Moaveni, Saeed.    Fundamentos de engenharia : uma introdução / Saeed Moaveni ; revisão técnica Luiz Felipe Mendes de Moura. – 1. ed. – São Paulo, SP : Cengage Learning, 2016. 824 p.: il.; 28 cm.    Inclui índice e apêndice.    Tradução de: Engineering fundamentals: an introduction to engineering (5. ed.). ISBN 978-85-221-2555-5    1. Engenharia. I. Moura, Luiz Felipe Mendes de. II. Título.                               CDU 62                               CDD 620 Índice para catálogo sistemático: 1. Engenharia

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(Bibliotecária responsável: Sabrina Leal Araujo – CRB 10/1507)

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Fundamentos de engenharia Uma introdução Tradução da 5ª edição norte-americana

Saeed Moaveni Minnesota State University, Mankato Revisão técnica Luiz Felipe Mendes de Moura Professor Titular da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp)

Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos

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Fundamentos de engenharia: uma introdução – Tradução da 5ª edição norte-americana 1ª edição brasileira Saeed Moaveni

Gerente editorial: Noelma Brocanelli Editora de desenvolvimento: Viviane Akemi Uemura Supervisora de produção gráfica: Fabiana Alencar Albuquerque Título original: Engineering fundamentals: an introduction to engineering – 5th edition (ISBN 13: 978-1-305-10572-0; ISBN 10: 1-305-10572-9) Preparação da edição internacional: Keith McIver Tradução: Noveritis do Brasil

© 2016, 2011 Cengage Learning © 2017 Cengage Learning Edições Ltda. Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro poderá ser reproduzida, sejam quais forem os meios empregados, sem a permissão por escrito da Editora. Aos infratores aplicam-se as sanções previstas nos artigos 102, 104, 106, 107 da Lei no 9.610, de 19 de fevereiro de 1998. Esta editora empenhou-se em contatar os responsáveis pelos direitos autorais de todas as imagens e de outros materiais utilizados neste livro. Se porventura for constatada a omissão involuntária na identificação de algum deles, dispomo-nos a efetuar, futuramente, os possíveis acertos. A editora não se responsabiliza pelo funcionamento dos links contidos neste livro que possam estar suspensos. Para informações sobre nossos produtos, entre em contato pelo telefone 0800 11 19 39 Para permissão de uso de material desta obra, envie seu pedido para direitosautorais@cengage.com

Revisão técnica: Luiz Felipe Mendes de Moura Copidesque: Áurea R. de Faria e Érika Kurihara

© 2017 Cengage Learning. Todos os direitos reservados.

Revisão: Mayra Clara Albuquerque Venâncio dos Santos e Lilian Vismari

ISBN 13: 978-85-221-2555-5

Diagramação: Triall Editorial

ISBN 10: 85-221-2555-4

Indexação: Casa Editorial Maluhy Capa: BuonoDisegno Imagem da capa: nostal6ie/Shutterstock Especialista em direitos autorais: Jenis Oh Editora de aquisições: Guacira Simonelli

Cengage Learning Condomínio E-Business Park Rua Werner Siemens, 111 – Prédio 11 – Torre A – Conjunto 12 Lapa de Baixo – CEP 05069-900 – São Paulo – SP Tel.: (11) 3665-9900 Fax: 3665-9901 SAC: 0800 11 19 39 Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

Impresso no Brasil Printed in Brazil 1 2 3 16 15 14

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Sumário

PARTE

Prefácio xiii Prefácio desta edição 1

1

Engenharia 2

1

Introdução à profissão de engenheiro 4

1.1 1.2 1.3 1.4

As obras de engenharia estão em toda parte 6 A profissão de engenheiro 9 Antes de continuar 12 Características comuns aos bons engenheiros 12 Carreiras de engenharia 13 Perfil profissional 23 Antes de continuar 24 Resumo 24 Termos-chave 25 Aplique o que aprendeu 26 Problemas 26 Projeto I 28

Preparando-se para uma carreira em engenharia 30

2

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

A transição do Ensino Médio para a faculdade 32 Gerenciamento de tempo 32 Hábitos e estratégias de estudo 34 Antes de continuar 39 Ingresso em associações de engenharia 39 Seu plano de graduação 40 Antes de continuar 41 Perfil profissional 42 Perfil do aluno 43 Resumo 43 Termos-chave 44 Aplique o que aprendeu 44

Introdução ao projeto de engenharia 46

3

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Fundamentos de Engenharia.indb 5

O processo do projeto de engenharia 48 Considerações adicionais de projeto 63 Antes de continuar 70 Trabalho em equipe 70 A programação do projeto e o quadro de tarefas 72 Antes de continuar 74 Normas e códigos de engenharia 74

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vi

fundamentos de engenharia: uma introdução

3.6

Normas relativas à água e ao ar nos Estados Unidos 79 Antes de continuar 85 Perfil profissional 86 Resumo 87 Termos-chave 88 Aplique o que aprendeu 88 Problemas 88 Projeto II 91 Processo de projeto de engenharia civil, estudo de caso 91 Processo de projeto de engenharia elétrica/mecânica, estudo de caso 95

Comunicação na engenharia 98

4

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Habilidades de comunicação e apresentação de trabalho de engenharia 99 Etapas básicas da resolução de problemas de engenharia 100 Antes de continuar 104 Comunicação escrita 104 Antes de continuar 107 Comunicação oral 108 Comunicação gráfica 109 Antes de continuar 111 Resumo 112 Termos-chave 112 Aplique o que aprendeu 112 Problemas 113 Perfil profissional 118

Ética na engenharia 120

5

5.1 5.2 5.3 PARTE

Ética na engenharia 121 Código de ética da Sociedade Nacional dos Profissionais de Engenharia 122 O juramento do engenheiro 128 Antes de continuar 133 Resumo 134 Termos-chave 135 Aplique o que aprendeu 135 Problemas 135 Ética na engenharia 137

2

Fundamentos da engenharia 140

6

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

Fundamentos de Engenharia.indb 6

Dimensões fundamentais e unidades 142 Dimensões fundamentais e unidades 144 Antes de continuar 147 Sistemas de unidades 147 Antes de continuar 156 Conversão de unidade e homogeneidade dimensional 156 Antes de continuar 165 Dígitos significativos (números) 165 Componentes e sistemas 167

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Sumário

6.6

Antes de continuar 169 Leis físicas e observações 169 Antes de continuar 172 Resumo 174 Termos-chave 175 Aplique o que aprendeu 176 Problemas 176

Comprimento e variáveis a ele relacionadas em engenharia 184

7

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Comprimento como dimensão fundamental 187 Razão de dois comprimentos – radianos e variações 195 Antes de continuar 196 Área 197 Volume 206 Segundo momento de área 211 Antes de continuar 216 Resumo 216 Termos-chave 217 Aplique o que aprendeu 217 Problemas 218 Projeto III 223 Espetáculo da engenharia 225 Problema 229

Tempo e variáveis a ele relacionadas em engenharia 230

8

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

Tempo como dimensão fundamental 232 Medindo o tempo 235 Antes de continuar 238 Períodos e frequências 238 Fluxo de tráfego 240 Antes de continuar 242 Variáveis de engenharia que envolvem comprimento e tempo 242 Perfil profissional 251 Antes de continuar 252 Resumo 252 Termos-chave 253 Aplique o que aprendeu 253 Problemas 254

Massa e variáveis a ela relacionadas em engenharia 260

9

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6

Fundamentos de Engenharia.indb 7

vii

Massa como dimensão fundamental 262 Densidade, peso específico, gravidade específica e volume específico 265 Vazão mássica 266 Antes de continuar 268 Momento de inércia da massa 269 Quantidade de movimento 272 Conservação da massa 274 Antes de continuar 277

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viii

fundamentos de engenharia: uma introdução

Resumo 278 Termos-chave 278 Aplique o que aprendeu 279 Problemas 279 Projeto IV 285

Força e variáveis a ela relacionadas em engenharia 286

10

10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6

Força 288 Leis de Newton na mecânica 295 Antes de continuar 298 Momento, torque – força atuando em uma distância 299 Trabalho – força atuando ao longo de uma distância 304 Antes de continuar 305 Pressão e tensão – força atuando sobre a área 306 Impulso linear – força atuando durante um tempo 328 Antes de continuar 330 Resumo 330 Termos-chave 331 Aplique o que aprendeu 332 Problemas 332 Projeto V 338 Espetáculo da engenharia 339

Temperatura e variáveis a ela relacionadas em engenharia 342

11

11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6

Temperatura como dimensão fundamental 345 Diferença de temperatura e transferência de calor 354 Antes de continuar 366 Conforto térmico 367 Poder calorífico de combustíveis 369 Antes de continuar 371 Graus-dia e estimativa de energia 371 Outras propriedades relacionadas à temperatura 372 Antes de continuar 376 Resumo 377 Termos-chave 378 Aplique o que aprendeu 378 Perfil profissional 378 Problemas 379

Corrente elétrica e variáveis relacionadas em engenharia 386

12

12.1 12.2 12.3 12.4

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Corrente elétrica, tensão e energia elétrica 389 Antes de continuar 396 Circuitos elétricos e componentes 397 Antes de continuar 406 Motores elétricos 406 Sistemas de iluminação 410 Antes de continuar 415 Perfil profissional 416 Resumo 416 Termos-chave 417

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Sumário

Aplique o que aprendeu 418 Problemas 418 Perfil do aluno 421

Energia e força 422

13

13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 parte

ix

Trabalho, energia mecânica e energia térmica 424 Conservação de energia 429 Antes de continuar 432 Potência 433 Eficiência 437 Antes de continuar 443 Fontes de energia, geração e consumo 444 Antes de continuar 459 Perfil do aluno 460 Perfil profissional 460 Resumo 461 Termos-chave 462 Aplique o que aprendeu 463 Problemas 463 Projeto VI 465 Espetáculo da engenharia 465

3

Ferramentas de engenharia da computação 468

14 Ferramentas computacionais da engenharia: planilhas eletrônicas 470

14.1 14.2 14.3 14.4 14.5

Fundamentos do Microsoft Excel 472 Funções do Excel 481 Antes de continuar 486 Plotagem com Excel 487 Operações com matrizes no Excel 497 Antes de continuar 503 Introdução ao Visual Basic para aplicativos do Excel 504 Antes de continuar 519 Resumo 520 Termos-chave 520 Aplique o que aprendeu 521 Problemas 521

Ferramentas computacionais para engenharia MATLAB 528

15

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5

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Fundamentos do MATLAB 530 Antes de continuar 540 Funções, controle de loop e expressões condicionais do MATLAB 540 Antes de continuar 548 Plotagem com MATLAB 549 Cálculo de matrizes com MATLAB 557 Matemática simbólica com MATLAB 561 Antes de continuar 563

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x

fundamentos de engenharia: uma introdução

P arte

Perfil profissional 564 Resumo 564 Termos-chave 565 Aplique o que aprendeu 565 Problemas 566

4

Comunicação gráfica de engenharia 574

16

16.1 16.2 16.3 16.4 P arte

Desenhos e símbolos da engenharia 576 Desenhos mecânicos 578 Antes de continuar 591 Desenhos civil, elétrico e eletrônico 591 Modelagem sólida 591 Antes de continuar 599 Símbolos de engenharia 599 Antes de continuar 603 Perfil profissional 604 Resumo 605 Termos-chave 606 Aplique o que aprendeu 606 Problemas 607 Espetáculo da engenharia 616

5

Seleção de materiais de engenharia 620

17

17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6

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Materiais de engenharia 622 Seleção e origem do material 624 Antes de continuar 628 Propriedades dos materiais 629 Antes de continuar 634 Metais 635 Antes de continuar 640 Concreto 640 Antes de continuar 642 Madeira, plástico, silício, vidro e compósitos 642 Antes de continuar 647 Materiais fluidos – ar e água 647 Antes de continuar 652 Resumo 652 Termos-chave 655 Aplique o que aprendeu 655 Problemas 655 Projeto VII 658 Perfil profissional 660 Espetáculo da engenharia 660

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Sumário

P arte

xi

6

Matemática, estatística e economia em engenharia 662

18

Matemática em engenharia 664

18.1 18.2 18.3 18.4 18.5

Símbolos matemáticos e alfabeto grego 666 Modelos lineares 668 Antes de continuar 674 Modelos não lineares 675 Antes de continuar 680 Modelos exponenciais e logarítmicos 680 Antes de continuar 685 Álgebra matricial 686 Antes de continuar 697 18.6 Cálculo 697 Antes de continuar 705 18.7 Equações diferenciais 706 Antes de continuar 707 Resumo 708 Termos-chave 709 Aplique o que aprendeu 709 Problemas 710

19

Probabilidade e estatística em engenharia 716

19.1 19.2 19.3 19.4 19.5

Probabilidade – noções básicas 718 Estatística – noções básicas 719 Distribuições de frequência 720 Antes de continuar 722 Medidas de tendência central e variação – média, mediana e desvio-padrão 723 Distribuição normal 727 Antes de continuar 736 Resumo 737 Termos-chave 737 Aplique o que aprendeu 738 Problemas 738

Engenharia econômica 744

20

20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8

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Diagramas de fluxo de caixa 746 Juros simples e juros compostos 747 Valor futuro de uma quantia presente e valor presente de uma quantia futura 748 Taxa de juros efetiva 751 Antes de continuar 753 Valor presente e valor futuro de uma série de pagamentos 754 Antes de continuar 759 Fatores juros-tempo 759 Escolha das melhores alternativas – tomada de decisão 764 Funções financeiras do Excel 766 Antes de continuar 770 Resumo 770 Termos-chave 771

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xii

fundamentos de engenharia: uma introdução

Aplique o que aprendeu 771 Problemas 772 Apêndice 779 Índice remissivo 791

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Prefácio

Alterações na 5ª edição A 5ª edição, que consiste de 20 capítulos, inclui vários aspectos novos, acréscimos e alterações incorporadas em resposta aos avanços pedagógicos, sugestões e solicitações feitas por professores e alunos que usam a 4ª edição do livro. As principais alterações incluem:

Novos recursos Para promover a aprendizagem ativa, acrescentamos oito novos aspectos na 5ª edição deste livro. Esses recursos incluem: (1) Objetivos de aprendizagem (OA), (2) Debate inicial – O que você pensa? (3) Antes de continuar, (4) Principais conceitos destacados, (5) Resumo, (6) Termos-chave, (7) Aplique o que aprendeu e (8) Exercícios de aprendizado permanente.

1. Objetivos do aprendizado (OA) Cada capítulo se inicia pelos objetivos de aprendizagem (OA). 2. Debate inicial Artigos pertinentes que servem como aberturas de capítulos para envolver os alunos e promover a

aprendizagem ativa. As aberturas de discussão fornecem um contexto atual importante para o conteúdo que os alunos aprenderão. O instrutor pode iniciar a aula pedindo que os alunos leiam a seção Começo de Conversa e depois poderá fazer perguntas sobre o que os alunos pensam e quais suas reações. 3. Antes de continuar Este recurso encoraja os alunos a testar a compreensão e a entender o material discutido nas seções

fazendo perguntas antes de continuarem com a leitura das seções seguintes.

Vocabulário — É importante que os estudantes entendam que precisam desenvolver um vocabulário

amplo para se comunicar de maneira eficiente, apropriada a engenheiros bem educados e cidadãos inteligentes. Esse recurso promove o aumento do vocabulário, pedindo aos alunos para indicar o significado de palavras novas abordadas nas seções. 4. Principais conceitos destacados Os principais conceitos estão destacados em caixas nas laterais e exibidas por todo o livro. 5. Resumo Cada capítulo termina resumindo o aprendizado dos alunos com o estudo do capítulo. Além disso, os

objetivos de aprendizagem e o resumo são vinculados de modo a prover um lembrete aos alunos.

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xiv

fundamentos de engenharia: uma introdução

6. Termos-chave Os termos-chave são indexados no final de cada capítulo, de forma que os alunos podem retor-

nar a eles para revisar. 7. Aplique o que aprendeu Este recurso encoraja os alunos a aplicarem o que já aprenderam, por meio de um problema ou

situação interessante. Para enfatizar a importância da equipe de trabalho e encorajar a participação em grupo, muitos desses problemas requerem trabalho em grupo. 8. Exercício de aprendizado permanente Problemas que promovem aprendizado permanente estão indicados pela

Conteúdo adicional na 5ª edição • Uma nova seção sobre Visual Basic para Aplicações (VBA). O VBA do Excel é uma

linguagem de programação que permite aos alunos usarem os recursos de VBA para resolverem diversos problema de engenharia. Na Seção 14.5, explicaremos como inserir e recuperar dados, exibir resultados, criar uma sub-rotina e como usar as funções integradas do Excel em um programa VBA. Também explicamos como criar um loop e usar matrizes. Os alunos aprendem como criar uma caixa de diálogo personalizada. • Mais de 50 novos problemas foram adicionados ao livro.

Organização Este livro é organizado em seis partes e 20 capítulos. Cada capítulo começa informando seus objetivos e termina resumindo o aprendizado dos alunos com o estudo do capítulo. Inclui material suficiente para cursos inteiros de dois semestres. O objetivo dessa abordagem é dar ao professor material suficiente e flexibilidade de escolher tópicos específicos que venham a atender as necessidades. Exemplos relevantes do dia a dia, com os quais os alunos podem fazer associações facilmente, são fornecidos em cada capítulo. Cada capítulo inclui muitos problemas prontos, exigindo do aluno a coleta de informações e análise. Além disso, a busca de informações e o uso apropriado delas são encorajados neste livro, sugerindo aos alunos que realizem várias atribuições para as quais precisarão reunir informações na internet, bem como utilizar métodos tradicionais. Muitos problemas exigem dos alunos breves relatórios de forma que aprendam que os engenheiros bem-sucedidos precisam ser hábeis na escrita e na comunicação oral. Para enfatizar a importância da equipe de trabalho na engenharia e para encorajar a participação em grupo, muitos problemas atribuídos requerem o trabalho em grupo; alguns requerem a participação de toda a classe. As partes do livro são:

Parte 1: Engenharia – Uma profissão empolgante Nos Capítulos 1 a 5, apresentaremos aos alunos a profissão de engenheiro, como se preparar para uma animadora carreira de engenharia, contando com o processo do projeto, comunicação de engenharia e ética. O Capítulo 1 oferece ampla introdução sobre a profissão de engenharia e suas ramificações. Explica alguns traços comuns de bons engenheiros. São discutidas várias carreiras da engenharia e também algumas organizações. No Capítulo 1, enfatizamos que os engenheiros

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Prefácio

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são solucionadores de problema. Os engenheiros contam com bom conhecimento das leis fundamentais da física e da química, e aplicam essas leis e princípios fundamentais para projetar, desenvolver, testar e supervisionar a manufatura de milhares de produtos e serviços. Os exemplos demonstram os diversos trabalhos realizadores e desafiadores dos engenheiros. Destacamos que embora as atividades do engenheiro sejam muito variadas, há alguns aspectos e hábitos de trabalho que caracterizam os engenheiros bem-sucedidos de hoje: • Os engenheiros são solucionadores de problemas. • Os bons engenheiros desenvolvem um sólido conhecimento dos princípios fundamentais,

que podem ser usados para resolver diversos problemas. • Bons engenheiros são analíticos, detalhistas e criativos. • Demonstram o desejo de estarem sempre aprendendo. Por exemplo, participam conti-

• • •

• •

nuamente de aulas de formação, seminários e workshops para estarem informados sobre inovações e novas tecnologias. Bons engenheiros contam com boas habilidades de escrita e comunicação oral que os capacitam a trabalhar com seus colegas e conduzir suas especialidades para uma ampla gama de clientes. Bons engenheiros têm habilidades de gerenciamento do tempo que os capacitam a trabalhar de maneira produtiva e eficiente. Bons engenheiros apresentam boas “habilidades interpessoais” que os permitem interagir eficientemente com várias pessoas nas organizações. Engenheiros devem escrever relatórios. Esses relatórios podem ser amplos, detalhados e bastante técnicos, contendo gráficos, organogramas e plantas de engenharia. Ou podem ter uma forma reduzida, como um simples memorando ou resumo executivo. Os engenheiros são aptos a usar computadores de várias maneiras diferentes para modelar e analisar diversos tipos de problemas práticos. Bons engenheiros participam ativamente nas organizações locais e nacionais em sua área de especialização, dando seminários, workshops e reuniões. Muitos até fazem apresentações em reuniões profissionais. Os engenheiros geralmente trabalham em equipe quando consultam uns aos outros para resolverem problemas complexos. A boas habilidades interpessoais e de comunicação são cada vez mais importantes atualmente em razão do mercado global.

O Capítulo 1 explica a diferença entre engenheiro e tecnólogo em engenharia, e a diferença nas opções dessas carreiras. No Capítulo 2, a transição do ensino médio para a faculdade é explicada em termos da necessidade de formar bons hábitos de estudo e sugestões para o eficiente gerenciamento do tempo. O Capítulo 3 fornece uma introdução ao projeto de engenharia, sustentabilidade, grupo de trabalho, padrões e códigos. Demonstramos que os engenheiros, independentemente da formação, seguem determinadas etapas quando projetam produtos e serviços. O Capítulo 4 mostra que as apresentações são partes integrantes do projeto de engenharia. Dependendo do tamanho do projeto, as apresentações podem ser breves, longas, frequentes e podem seguir determinado formato que requeira cálculos, gráficos, organogramas e plantas de engenharia. No Capítulo 4 são explicadas várias formas de comunicação na engenharia, incluindo apresentação da tarefa de casa, breves comunicações técnicas, relatórios de andamento, relatórios técnicos detalhados e documentos de pesquisa. No Capítulo 5 nos concentramos em ética, observando que os engenheiros projetam muitos produtos e fornecem muitos serviços que afetam nossa qualidade de vida e segurança. Portanto, os engenheiros devem trabalhar sob certos padrões de comportamento profissional que requerem adesão aos mais altos princípios de conduta ética. Muitos estudos de casos sobre éticas na engenharia são apresentados neste capítulo.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

Parte 2: Fundamentos da engenharia – Conceitos que todo engenheiro deve saber Os Capítulo 6 a 13 concentram-se nos fundamentos de engenharia e apresentam aos alunos os princípios básicos e as leis da física que encontrarão muitas e muitas vezes durante os quatro anos seguintes. Os engenheiros bem-sucedidos desenvolvem sólido conhecimento dos fundamentos, que podem ser usados para entender e resolver diversos problemas. São conceitos que todo engenheiro, independentemente da área de especialização, deve saber. Nesses capítulos, enfatizamos que é necessário pouco para descrever completamente os eventos e nosso meio ambiente. Incluem comprimento, tempo, massa, força, temperatura, mol e corrente elétrica. Também explicamos que não são apenas dimensões físicas que precisamos para descrever o meio ambiente, mas também de um meio para escalar ou dividir essas dimensões físicas. Por exemplo, o tempo é considerado uma dimensão física, mas pode ser dividido em porções menores e maiores, como segundos, minutos, horas, dias, anos, décadas, séculos e milênios. Discutimos sistemas de unidades comuns e enfatizamos que os engenheiros devem saber como converter de um sistema de unidade para outro e sempre mostrar as unidades apropriadas que usam em seus cálculos. Também explicamos que as leis físicas e fórmulas que os engenheiros usam são baseadas em observações de seus arredores. Mostramos o uso da matemática e quantidades físicas básicas para expressar nossas observações. Nesses capítulos, explicamos também que há muitas variáveis no projeto de engenharia que estão relacionadas às dimensões fundamentais (quantidades). Para tornar-se engenheiro de sucesso, o aluno deve entender completamente essas variáveis fundamentais e relacionadas e as fórmulas e leis aplicáveis. Então é importante que o aluno saiba como essas variáveis são medidas, aproximadas, calculadas ou usadas na prática. O Capítulo 6 explica a função e a importância da dimensão fundamental e unidades em análises dos problemas de engenharia. As etapas básicas na análise de qualquer problema de engenharia são discutidas em detalhes. O Capítulo 7 apresenta comprimento e variáveis relacionadas ao comprimento e explica sua importância no trabalho de engenharia. Por exemplo, discutimos a função da área na transferência de calor, aerodinâmica, distribuição de carga e análise de tensão. Apresentamos medidas de comprimento, área e volume, juntamente com estimativa numerica (como função de regra do trapézio) desses valores. O Capítulo 8 considera tempo e variáveis de engenharia relacionadas a tempo. Períodos, frequências, velocidades linear e angular e acelerações, vazão volumétrica e fluxo de tráfego são discutidas no Capítulo 8. O Capítulo 9 aborda massa e variáveis relacionadas à massa como densidade, peso específico, vazão mássica e momento de inércia da massa e sua função na análise da engenharia. O Capítulo 10 discute a importância da força e variáveis relacionadas à força na engenharia. Os importantes conceitos na mecânica são explicados conceitualmente. O que se entende por força, força interna, reação, pressão, módulo de elasticidade, força impulsiva (força atuante ao longo do tempo), trabalho (força atuando ao longo da distância) e momento (força atuando a uma distância) são abordados em detalhes. O Capítulo 11 apresenta temperatura e variáveis relacionadas à temperatura. Conceitos como diferença de temperatura e transferência de calor, calor específico e condutividade térmica também são abordados. Como futuros engenheiros, é importante que os alunos entendam alguns procedimentos simples de estimativa de energia diante das questão de energia atual e sustentabilidade. Por isso, trazemos uma seção de Graus-dia e Estimativa de Energia. O Capítulo 12 considera tópicos como corrente contínua e alternada, eletricidade, componentes de circuito básico, fontes de energia e a importante função dos motores elétricos em nossa vida diária. Os sistemas de iluminação respondem pela maior parte da eletricidade usada em

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Prefácio

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edifícios, e a eles dedicamos muita atenção. A Seção 12.4 apresenta a terminologia básica e os conceitos nos sistemas de iluminação. Todos os futuros engenheiros, independentemente da área de especialidade, precisam entender esses conceitos básicos. O Capítulo 13 apresenta energia e força e explica a distinção entre esses dois tópicos. Enfatizamos a importância de compreender o que se entende por trabalho, força, energia, watts, cavalo-vapor e eficiência. Fontes de energia, geração e consumo nos Estados Unidos também são discutidos neste capítulo. Com a crescente demanda de energia no mundo posicionada como o maior desafio que enfrentamos hoje, como futuros engenheiros, os alunos precisarão entender dois problemas: fontes de energia e emissão. A Seção 13.6 apresenta fontes de energia convencionais e renováveis, geração e padrões de consumo.

Parte 3: Ferramentas de engenharia da computação – Usando software disponível para resolução de problemas de engenharia Nos Capítulos 14 e 15, apresentamos o Microsoft Excel™ e o MatLab™—duas ferramentas computacionais usadas normalmente pelos engenheiros para solucionar problemas de engenharia. Essas ferramentas da computação são usadas para registrar, organizar, analisar dados usando fórmulas e apresentar os resultados da análise em formas gráficas. O MatLab também é muito versátil para os alunos usarem para escrever programas de resolução de problemas complexos.

Parte 4: Comunicação gráfica de engenharia – Conduzindo informações para outros engenheiros, operadores, técnicos e gerentes O Capítulo 16 apresenta aos alunos os princípios e as regras de comunicação gráfica da engenharia e símbolos de engenharia. Um bom conhecimento desses princípios permitirá que os alunos transmitam e entendam as informações de forma eficiente. Explicamos que os engenheiros usam plantas técnicas para transmitir informações úteis aos outros de maneira padronizada. A planta de engenharia fornece informações como a forma do produto, as dimensões, materiais a partir dos quais o produto foi fabricado e as etapas de montagem. Algumas plantas de engenharia são específicas para determinada carreira. Por exemplo, os engenheiros civis lidam com terreno ou perímetros, topografia, construção e desenho do plano cotado. Os engenheiros elétricos e eletrônicos, podem lidar com desenhos de montagem de placa de circuito impresso, planos de perfuração de placa de circuito impresso e diagramas de fiação. Também mostramos que os engenheiros usam símbolos e sinais especiais para transmitir ideias, análises e soluções de problemas.

Parte 5: Seleção de materiais de engenharia – Uma importante decisão de projeto Como engenheiro, se você estiver desenhando uma peça de máquina, um brinquedo, um chassi de carro, ou uma estrutura, a seleção do material é uma importante decisão de projeto. O Capítulo 17 apresenta um olhar mais atento aos materiais como metais e suas ligas, vidro, madeira, compostos e concretos que normalmente são usados em várias aplicações de engenharia. Discutimos também algumas características básicas dos materiais considerados no projeto.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

Parte 6: Matemática, estatística e economia em engenharia – Por que elas são importantes? Do Capítulo 18 ao 20 apresentamos aos alunos os importantes conceitos de matemática, estatística e economia. Explicamos que os problemas de engenharia são modelos matemáticos de situações físicas. Alguns problemas de engenharia levam a modelos lineares, ao passo que outros resultam em modelos não lineares. Alguns problemas de engenharia são formulados na forma de equações diferenciais e alguns na forma de integrais. Portanto, é essencial o bom entendimento dos conceitos matemáticos na formulação e na solução de diversos problemas de engenharia. Além disso, os modelos estatísticos estão se tornando ferramentas comuns nas mãos de engenheiros práticos para resolverem problemas de controle de qualidade e confiabilidade, também na análise de falhas. Os engenheiros civis usam os modelos estatísticos para estudarem a credibilidade dos materiais de construção e das estruturas, a fim de gerar controle de enchentes, por exemplo. Os engenheiros elétricos usam modelos estatísticos para processamento de sinais e para desenvolver software de reconhecimento de voz. Os engenheiros de produção usam estatísticas para assegurar o controle de qualidade dos produtos que produzem. Os engenheiros mecânicos usam as estatísticas para estudar a falha de materiais e peças de máquinas. Os fatores econômicos também exercem importantes funções na tomada de decisão de um projeto de engenharia. Se você projeta um produto cuja fabricação seja muito cara, então ele não poderá ser vendido a preço acessível ao consumidor e ainda ser lucrativo para a empresa.

Estudos de casos – Espetáculo da engenharia Para enfatizar que os engenheiros são solucionadores de problemas e que aplicam as leis e os princípios da física e química, juntamente com matemática, para projetar produtos e serviços que usamos em nossa vida diária, incluímos estudos de caso por todo o livro. Cada estudo de caso é seguido pelos respectivos problemas. As soluções para esses problemas incorporam os conceitos de engenharia e as leis são discutidas nos capítulos precedentes. No Capítulo 5 há também diversos estudos de caso sobre ética na engenharia, da National Society of Professional Engineers, para promover a discussão sobre ética na engenharia.

Projetos Incluímos sete projetos improvisados e econômicos que poderiam ser desenvolvidos durante as aulas. A ideia básica por trás de alguns desses projetos improvisados vieram da ASME.

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Prefácio

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Referências Ao escrever este livro, foram consultados vários livros de engenharia, páginas da web e outros materiais. Em vez de fornecer uma lista com centenas de fontes, citei algumas fontes que acredito serem úteis aos alunos. Todos os alunos de engenharia iniciantes devem possuir um livro de referência escolhido em sua área. Atualmente, há vários livros de engenharia disponíveis na forma impressa ou no formato eletrônico, incluindo livros de engenharia química, de engenharia civil, de engenharia elétrica e eletrônica e de engenharia mecânica. Acredito que todos os alunos de engenharia deveriam ter livros de química, física e matemática. Esses textos podem servir como recursos complementares para todas as aulas. Muitos engenheiros podem considerar útil o livro ASHRAE, o Fundamental Volume, da American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers. Neste livro, alguns dados e diagramas foram adaptados com permissão das seguintes fontes: • • • • • • •

Baumeister, T., et al., Mark’s Handbook, 8th ed., McGraw Hill, 1978. Electrical Wiring, 2nd ed., AA VIM, 1981. Electric Motors, 5th ed., AA VIM, 1982. Gere, J. M., Mechanics of Materials, 6th ed., Thomson, 2004. Hibbler, R. C., Mechanics of Materials, 6th ed., Pearson Prentice Hall. U.S. Standard Atmosphere, Washington D.C., U.S. Government PrintingOffice, 1962. Weston, K. C., Energy Conversion, West Publishing, 1992.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

Agradecimentos Gostaria de expressar meus sinceros agradecimentos à equipe editorial e de produção na Cengage, especialmente Hilda Gowans, Mona Zeftel e Kristiina Paul. Também sou muito grato a Rose Kernan da RPK Editorial Services, Inc. Gostaria de agradecer também a Dr. Karen Chou da Northwestern University, Sr. James Panko e Paulsen Architects, que forneceram a seção sobre processo do projeto de engenharia civil e o estudo de caso relacionado ao projeto, e ao Sr. Pete Kjeer e Johnson Outdoors que forneceram o estudo de caso de engenharia mecânica/elétrica. Agradeço também a todos os revisores que ofereceram comentários gerais e específicos, incluindo Charles Duvall, Southern Polytechnic State University, Eddie Jacobs, University of Memphis, Thaddeus Roppel, Auburn University e Steve Warner, University of Massachusetts – Dartmouth. Ainda gostaria de agradecer às seguintes pessoas que amavelmente forneceram seus pareceres sobre nossas seções de “Perfil do aluno” e “Perfil profissional”: Nahid Afsari, Jerry Antonio, Celeste Baine, Suzelle Barrington, Steve Chapman, Karen Chou, Ming Dong, Duncan Glover, Dominique Green, Lauren Heine, John Mann, Katie McCullough, Susan Thomas e Nika Zolfaghari. Agradeço por considerarem este livro e espero que apreciem a 5ª edição. Saeed Moaveni

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Prefácio desta edição

Esta edição de Fundamentos de enegnharia: uma introdução, 5ª edição, foi adaptada para incorporar o Sistema Internacional de Unidades (Le Système International d’Unités ou SI) em todo o livro.

Le Système International d’Unités O Sistema de Unidades Usual Norte-Americano (USCS) utiliza as unidades FPS (pés-libras-segundos) – também conhecidas como Unidades Inglesas ou Imperiais. As unidades SI são primordialmente unidades do sistema MKS (metro-quilograma-segundo). No entanto, as unidades CGS (centímetro-grama-segundo) são comumente aceitas como unidades do SI, especialmente em livros didáticos.

Usando unidades SI neste livro Neste livro, foram usadas tanto unidades MKS quanto CGS. As unidades USCS (U.S. Customary Units) ou FPS (foot-pound-second) usadas na edição norte americana deste livro foram convertidas em unidades SI por todo texto e problemas. Entretanto, no caso de dados provenientes de livros de referências, padrões governamentais e manuais de produtos, não é apenas extremamente difícil converter todos os valores para SI, como também invade a propriedade intelectual da fonte. Alguns dados nas figuras, tabelas e referências, portanto, permanecem em unidades FPS. Para leitores não familiarizados com a relação entre os sistemas USCS e SI, foi fornecida uma tabela de conversão na capa. Para resolver problemas que requerem o uso de dados com fontes, os valores podem ser convertidos de unidade FPS para unidades SI logo antes de serem usados nos cálculos. Para obter quantidades-padrão e dados de manufatura em unidades SI, os leitores podem contatar as agências governamentais apropriadas ou as autoridades dos seus países.

Recursos para o professor Estão disponíveis para professores arquivos de PowerPoint®, em português, para auxílio em sala de aula, e o Manual de Solução do Professor em unidades SI, em inglês. Este conteúdo está disponível na página do livro no site da Cengage. Cengage

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Uma profissĂŁo empolgante

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a Parte 1 deste livro, apresentaremos a profissão de engenheiro. Os engenheiros são solucionadores de problemas. Eles contam com boa compreensão das leis e princípios da química, da física e da matemática e aplicam essas leis e princípios para projetar, desenvolver, testar e supervisionar a fabricação de milhões de produtos e serviços. Os engenheiros, independentemente da formação, seguem determinadas etapas para projetar os Os bons engenheiros são produtos e serviços que usamos em nosso dia a dia. Engenheiros bem-sucedidos solucionadores de problemas e possuem boas habilidades de comunicação e trabalho em equipe. A ética desapresentam sólida compreensão empenha um papel muito importante na engenharia. Conforme afirmado pelo das leis e dos princípios da física, código de ética da NSPE – National Society of Professional Engineers (Sociedade da química e da matemática. Eles Nacional dos Profissionais de Engenharia) – “a engenharia é uma profissão imporaplicam essas leis e princípios tante e assimilável. Como membros dessa profissão, espera-se que os engenheipara projetar os produtos e serviços que usamos em nosso ros apresentem os mais altos padrões de honestidade e integridade. A engenharia dia a dia. Também possuem boas exerce impacto direto e vital na qualidade de vida de todas as pessoas, assim, os habilidades de comunicação oral serviços fornecidos pelos engenheiros exigem honestidade, imparcialidade, e escrita. equilíbrio e equidade e devem ser dedicados à proteção da saúde, da segurança e do bem-estar público. Os engenheiros devem trabalhar sob um padrão de comportamento profissional que requer adesão aos mais altos princípios de conduta ética”. Nos próximos cinco capítulos, apresentaremos a profissão de engenheiro, como se preparar para uma animadora carreira de engenharia, o processo do projeto, a comunicação e a ética na engenharia.

C ap í tulo 1

Introdução à profissão de engenheiro

C ap í tulo 2

Preparando-se para uma carreira em engenharia

C ap í tulo 3

Introdução ao projeto de engenharia

C ap í tulo 4

comunicação na engenharia

C ap í tulo 5

ética na engenharia

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Os engenheiros são solucionadores de problemas. Engenheiros bem-sucedidos possuem boas habilidades de comunicação e trabalho em equipe. Normalmente possuem conhecimento das leis fundamentais da física e da matemática. Os engenheiros aplicam as leis da física, da química e da matemática para projetar, desenvolver, testar e supervisionar a fabricação de milhões de produtos e serviços e levam em conta fatores importantes como eficiência, custo, credibilidade e segurança quando projetam produtos. Os bons engenheiros dedicam-se continuamente a aprender e a servir aos outros.

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NASA

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Introdução à profissão de engenheiro

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C a p í tu l o

OB JE T I V O S D E A P RENDIZ A D O OA1

As obras de engenharia estão em toda parte: dar exemplos de produtos e serviços projetados por engenheiros, que tornam nossa vida melhor

OA2

A profissão de engenheiro: descrever o que os engenheiros fazem e dar exemplos de carreiras comuns nessa àrea

OA3

Características comuns aos bons engenheiros: descrever as características importantes dos engenheiros bem-sucedidos

OA4

Carreiras de engenharia: dar exemplos de disciplinas comuns na àrea de engenharia e como elas contribuem para o conforto e o bem-estar em nosso cotidiano

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Introdução à profissão de engenheiro

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s engenheiros são solucionadores de problemas. Eles contam com boa compreensão das leis e dos princípios da química, da física e da matemática e aplicam essas leis e princípios para projetar, desenvolver, testar e supervisionar a fabricação de milhões de produtos e serviços. Independentemente da formação, os engenheiros seguem determinadas etapas ao projetar os produtos e serviços que usamos em nossa vida diária. Engenheiros bem-sucedidos possuem boas habilidades de comunicação e de trabalho em equipe. A ética desempenha papel muito importante na engenharia. Conforme afirmado pelo código de ética da NSPE, “a engenharia é uma profissão importante e assimilável. Como membros dessa profissão, espera-se que os engenheiros apresentem os mais altos padrões de honestidade e integridade. A engenharia exerce impacto direto e vital na qualidade de vida de todas as pessoas. Dessa forma, os serviços fornecidos pelos engenheiros exigem honestidade, imparcialidade, equilíbrio e equidade e devem ser dedicados à proteção da saúde, da segurança e do bem-estar público. Os engenheiros devem trabalhar sob um padrão de comportamento profissional que requer adesão aos mais altos princípios de conduta ética”.

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D e b at e i n i c i a l

quem são os Engenheiros?

Para os estudantes: O que você acha que os engenheiros fazem? Por que você deseja estudar engenharia? Cite pelo menos dois produtos ou serviços que não estão disponíveis no momento e que você acredita que estarão disponíveis nos próximos vinte anos. Quais disciplinas de engenharia você acredita que estarão envolvidas no projeto e no desenvolvimento desses produtos e serviços?

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ossivelmente, alguns de vocês ainda não estão certos se desejam estudar engenharia durante os próximos quatro anos e podem estar se questionando:

Eu realmente desejo estudar engenharia? O que é engenharia e o que um engenheiro faz? Quais são algumas das áreas de especialização na engenharia? Quantas diferentes disciplinas de engenharia existem? Desejo me tornar engenheiro mecânico ou devo cursar engenharia civil? Ou eu seria mais feliz se me tornasse engenheiro elétrico? Como posso saber se estou seguindo a área certa? A demanda estará alta em minha área de especialização quando eu me formar? Os principais objetivos deste capítulo são fornecer algumas respostas a essas e a outras perguntas que você pode estar se fazendo, e apresentar a profissão de engenheiro e suas diversas ramificações.

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1.1  As obras de engenharia estão em toda parte

FIG U R A 1 . 1

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Os engenheiros fazem produtos e fornecem serviços que tornam nossas vidas melhores (veja a Figura 1.1). Para ver como os engenheiros contribuem com o conforto e o bem-estar em nosso dia a dia, amanhã de manhã, quando acordar, simplesmente olhe ao redor com mais cuidado. Durante a noite, o seu quarto se mantém na temperatura ideal graças a alguns engenheiros mecânicos que projetaram o aquecimento, o aparelho de ar-condicionado e os sistemas de ventilação de sua casa. Quando você se levanta de manhã e acende as luzes, tenha certeza de que milhares de engenheiros mecânicos e elétricos, e ainda técnicos das usinas elétricas em todo o país, contribuem para que o fluxo correto de eletricidade chegue em sua casa, sem interrupções, para que você acenda a luz ou ligue a televisão para assistir as notícias da manhã e a previsão do tempo para o dia todo. A televisão que você está usando — para assistir ao noticiário ou ver seu time favorito jogar — foi projetada por engenheiros elétricos e eletrônicos. Existem, logicamente, engenheiros de outras disciplinas envolvidos na criação do produto final, como engenheiros de produção e engenheiros industriais, por exemplo. Quando você está se preparando para tomar seu banho matinal, a água limpa que usa chega em sua casa por causa do engenheiro civil e do engenheiro mecânico. Mesmo se você morar no campo, em uma fazenda, a bomba usada para trazer água do poço até sua casa foi projetada por engenheiros mecânicos e civis. A água pode ser aquecida por gás natural trazido até a sua casa graças aos esforços de engenheiros químicos, mecânicos, civis e de petróleo. Depois do banho, quando estiver pronto para se secar com a toalha, pense sobre quais tipos de engenheiros trabalharam por trás dos bastidores para produzir as toalhas. Sim, a toalha de algodão foi feita com a ajuda de engenheiros agrícolas, industriais, de produção, químicos, de petróleo, civis e mecânicos. Pense sobre as máquinas que foram usadas para colher o algodão, transportá-lo até a fábrica, limpá-lo e tingi-lo de uma cor bonita

Exemplos de produtos projetados por engenheiros.

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Introdução à profissão de engenheiro

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que agrade seus olhos. Depois, outras máquinas foram usadas para tecer a toalha e enviá-la para as máquinas de costura, que foram projetadas por engenheiros mecânicos. O mesmo acontece com as roupas que você usa. Suas roupas podem conter algum poliéster, feito com a ajuda de engenheiros de petróleo e engenheiros químicos. “Bem,” você pode dizer, “posso pelo menos me sentar e tomar meu café da manhã sem imaginar que alguns engenheiros tornam isso possível também”. Mas o alimento que você está prestes a comer foi feito com a ajuda e a colaboração de várias áreas da engenharia, desde a agrícola até a mecânica. Digamos que você esteja preparando algum cereal. O leite foi mantido fresco em seu refrigerador graças aos esforços e ao trabalho dos engenheiros mecânicos, que projetaram os componentes do refrigerador, e dos engenheiros químicos, que investigaram fluidos refrigerantes alternativos com as propriedades térmicas apropriadas e outras propriedades ecológicas que podem ser usadas em seu refrigerador. Além disso, os engenheiros elétricos projetaram as unidades de controle e as usinas elétricas. Agora você está pronto para entrar em seu carro ou pegar o ônibus para ir à escola. O carro tornou-se possível com a ajuda e a colaboração de engenheiros automotivos, mecânicos, elétricos, eletrônicos, industriais, de materiais, químicos e de petróleo. Portanto, como você pode observar, não há muita coisa que você possa fazer em sua vida diária que não esteja envolvida com o trabalho de engenheiros. Fique muito orgulhoso com sua decisão de tornar-se engenheiro. Logo você será responsável por esses esforços de bastidores com os quais contam bilhões de pessoas em todo o mundo. Mas, você poderá aceitar essa incumbência com alegria, sabendo que sua função será tornar a vida das pessoas melhor.

Os engenheiros lidam com a crescente população mundial e com as preocupações de sustentabilidade Nós, como pessoas, independentemente de onde vivamos, precisamos das seguintes coisas: comida, roupa, abrigo, ar e água limpos. Além disso, precisamos de vários modos de transporte para chegarmos a lugares diferentes, pois podemos viver e trabalhar em cidades diferentes ou desejarmos visitar amigos e parentes em outros tantos lugares. Também gostamos de ter a sensação de segurança para podermos relaxar e nos divertir. Precisamos ser queridos e apreciados por nossos amigos e também por nossos familiares. Cada vez mais, por causa das tendências socioeconômicas mundiais da população, das preocupações ambientais e dos recursos finitos da Terra, mais se espera dos engenheiros. Os futuros engenheiros devem fornecer bens e serviços que elevem o padrão de vida e melhorem os sistemas de saúde, além de abordar as sérias preocupações ambientais e de sustentabilidade. Na virada do século XXI, havia aproximadamente seis bilhões de pessoas habitando a Terra. Como meio de comparação, é importante observar que a população do mundo no início do século XX, aproximadamente 115 anos atrás, era de um bilhão. Pense nisso. Desde o início da existência da humanidade, chegamos a um bilhão de habitantes. Agora, foram necessários apenas 115 anos para essa população aumentar cinco vezes. Alguns de nós contamos com um padrão de vida muito bom, porém outros não, em países em desenvolvimento. Você provavelmente haverá de concordar que nosso mundo poderia ser um lugar melhor para todos, se tivéssemos comida, um lugar seguro e confortável para viver, um trabalho significativo a fazer e algum tempo para relaxar. De acordo com as últimas estimativas e projeções do U. S. Census Bureau (Agência do Censo dos EUA), a população mundial atingirá 9,3 bilhões de pessoas por volta de 2050. Não apenas o número de habitantes da Terra continuará subindo, mas também a estrutura etária da população mundial mudará. A população mais idosa do mundo — com pelo menos 65 anos de idade — irá mais que dobrar nos próximos 25 anos (veja a Figura 1.2). Como essas informações são relevantes? Bem, agora que você já se decidiu por estudar para ser engenheiro, deverá perceber que as coisas que fará depois da graduação são muito importantes para todos nós. O desenvolvimento econômico mundial atual não é sustentável — a população mundial já usa aproximadamente 20% a mais dos recursos do mundo do que o planeta pode sustentar (United Nations Millenium Ecosystem Assessment Synthesis Report – Relatório-Síntese da Avaliação do

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fundamentos de engenharia: uma introdução

10 9 População (bilhões)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

Ano (a)

37.307

Ano

1990 2050

834.000*

0

30

40

100

300

500

700

900

População acima de 100 anos (milhares) * estimativa (b) FIG U R A 1 . 2

(a) A última projeção de crescimento da população mundial. (b) A última estimativa de crescimento da população mais idosa dos Estados Unidos. Dados do U.S. Census Bureau

Ecossistema do Milênio das Nações Unidas – 2005). Você projetará produtos e fornecerá serviços especialmente ajustados às necessidades e demandas da crescente população idosa e de pessoas de todas as idades. Portanto, prepare-se bem para se tornar um bom engenheiro e fique orgulhoso por ter escolhido essa profissão, para contribuir com a melhora do padrão de vida de todos e, ao mesmo tempo, atender às preocupações ambientais e de sustentabilidade. A economia mundial de hoje é muito dinâmica. As empresas continuamente empregam novas tecnologias para maximizar a eficiência e os lucros. Em razão dessa contínua mudança, e das tecnologias emergentes, são criados novos empregos e outros são eliminados. Os computadores e dispositivos eletrônicos inteligentes estão continuamente remodelando nossa forma de viver. Tais dispositivos influenciam a maneira como fazemos as coisas e nos ajudam a prover as necessidades de nossas vidas – água limpa, ar limpo, alimento e abrigo. É necessário se tornar um aprendiz permanente, assim você poderá tomar decisões bem informadas e antecipar as reações com relação às mudanças globais causadas por inovações tecnológicas, bem como às mudanças populacionais e ambientais. De acordo com o Bureau of Labor Statistics, U. S. Department of Labor (Agência de Estatísticas do Trabalho do Departamento de Trabalho dos EUA), dentre as ocupações de crescimento mais rápido estão os engenheiros, especialistas em computação e analistas de sistemas.

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Introdução à profissão de engenheiro

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1.2  A profissão de engenheiro

Nas seções a seguir, primeiro discutiremos a engenharia em uma abordagem mais ampla e depois nos concentraremos em alguns aspectos da engenharia. Também veremos as características comuns a muitos engenheiros e discutiremos algumas disciplinas específicas da engenharia. Como dissemos anteriormente, neste capítulo, talvez alguns de vocês ainda não tenham se decidido sobre o que desejam estudar durante os anos de graduação e, consequentemente, podem ter muitas dúvidas, incluindo: O que é engenharia e o que o engenheiro faz? Quais são algumas das áreas de especialização na engenharia? Eu realmente desejo estudar engenharia? Como posso saber se estou seguindo a área certa? A demanda estará alta em minha área de especialização quando eu me formar? As seções a seguir são destinadas a ajudá-lo a tomar a decisão que o torne feliz; não se preocupe com respostas a todas essas perguntas exatamente agora. Você terá algum tempo para pensar bem, pois a maioria dos trabalhos de curso durante o primeiro ano é similar para todos os estudantes de engenharia, independente da área específica. Assim, você terá pelo menos um ano para considerar várias possibilidades. É assim na maioria das instituições de ensino. Mesmo assim, no início você deve conversar com um conselheiro para determinar o tempo que terá para escolher uma área de especialização. Não se preocupe se optar por uma profissão e depois mudar no meio do caminho; você não estará perdendo tempo. Muitas empresas ajudam seus engenheiros a adquirir mais treinamento e formação para acompanhar as mudanças tecnológicas. Uma boa formação em engenharia permitirá que você se torne um bom solucionador de problemas por toda a vida. Durante os primeiros anos de estudo, você pode se perguntar por que precisa aprender alguns dos assuntos que está estudando. Às vezes, sua tarefa pode parecer muito irrelevante, trivial ou desatualizada. Fique descansado, pois estará aprendendo tanto conteúdo quanto estratégias de pensamento e análise que o prepararão para enfrentar os desafios futuros, alguns dos quais você ainda nem imagina que existem.

O que é engenharia e o que o engenheiro faz? Os engenheiros aplicam as leis e os princípios da física, da química e da matemática para projetar milhões de produtos e serviços que usamos em nosso dia a dia. Esses produtos incluem automóveis, computadores, aviões, roupas, brinquedos, aparelhos domésticos, equipamentos cirúrgicos, equipamentos de refrigeração, dispositivos de cuidados com saúde e máquinas que fazem vários produtos, etc. (veja a Figura 1.3). Os engenheiros levam em conta fatores importantes como eficiência, custo, credibilidade, sustentabilidade e segurança Os engenheiros levam em quando projetam produtos. Eles realizam testes para ter certeza de conta fatores importantes como que os produtos que projetaram suportam várias cargas e condições e eficiência, custo, credibilidade, continuamente procuram formas de melhorar o que já existe. Também sustentabilidade e segurança projetam e supervisionam a construção de prédios, barragens, rodovias, quando projetam produtos. sistemas de transporte de massa e de usinas, que fornecem eletricidade para indústrias, residências e escritórios. Os engenheiros exercem importante função no projeto e manutenção da infraestrutura de um país, incluindo sistemas de comunicação, serviços públicos e transporte. Estão continuamente desenvolvendo materiais novos e mais avançados para criar produtos mais leves e mais resistentes para diferentes aplicações. Também são responsáveis por encontrar maneiras de extrair petróleo, gás natural e matéria-prima e estão envolvidos na busca de novos caminhos para aumentar a colheita de frutas e vegetais, bem como melhorar a segurança de nossos produtos alimentares. A seguir, algumas carreiras comuns para engenheiros. Além de projetar, alguns engenheiros trabalham como representantes de vendas de produtos, enquanto outros fornecem suporte técnico e solução de problemas para os clientes que adquirem esses produtos. Muitos engenheiros envolvem-se em vendas e suporte ao cliente, pois sua formação permite que expliquem e discutam as informações técnicas para auxiliar na instalação, operação e manutenção de vários produtos e máquinas. Nem todos os engenheiros trabalham para indústrias privadas; alguns trabalham para órgãos federais, estaduais e locais em vários segmentos, outros engenheiros trabalham em departamentos de Agricultura,

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fundamentos de engenharia: uma introdução

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Como engenheiro, você aplicará as leis e os princípios da física, da química e da matemática para projetar vários produtos e serviços.

Defesa, Energia e Transporte. Alguns trabalham para a NASA (National Aeronautics and Space Administration – Agência Espacial Norte-Americana). Como você pode ver, há muitas tarefas desafiadoras e atraentes para os engenheiros. Estes são alguns outros fatos sobre a engenharia que valem ser mencionados. • Para quase todas as tarefas de engenharia, é exigida a formação de engenheiro. De acordo com o U.S. Bureau of Labor Statistics: • Os salários iniciais dos engenheiros são significativamente maiores do que os salários dos que possuem bacharelado em outras áreas. As perspectivas da engenharia são muito boas. Boas oportunidades de emprego são esperadas para novos engenheiros graduados durante 2015-2025. • A maioria dos diplomas de engenharia é concedida para engenheiros elétricos, mecânicos e civis, as “funções-mãe” de todas as outras ramificações da engenharia. No ano de 2013, os engenheiros detiveram aproximadamente 1,6 milhão de postos de trabalho (veja a Tabela 1.1). A distribuição de empregos por carreira é mostrada na Tabela 1.1. Conforme mencionado anteriormente, os engenheiros ganham alguns dos maiores salários dentre os detentores de bacharelado. A média de salário inicial para engenheiros é mostrada na Tabela 1.2. Os dados mostrados nessa tabela são resultado da pesquisa de maio de 2013 conduzida pelo U.S. Bureau of Labor Statistics. De acordo com o U.S. Bureau of Labor Statistics, a média anual de salários estava entre US$ 104.250 para engenharia da computação e US$ 74.450 para engenharia agrícola, em março de 2009.

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T A B E L A 1 . 1

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Empregos em engenharia por carreira – Dados do U. S. Bureau of Labor Statistics

Total, Todos os engenheiros

1.547.590

Civil

262.170

Mecânico

258.630

Industrial

230.580

Elétrico

168.100

Eletrônico, exceto engenheiro da computação

135.350

Hardware de computador

77.670

Aeroespacial

71.500

Ambiental

53.020

Engenheiro de petróleo

34.910

Químico

33.300

Engenheiro de materiais

24.190

Sanitarista e engenheiro de segurança, exceto segurança da mineração

23.850

Bioquímico

19.890

Nuclear

16.400

Engenheiro de minas e engenheiro geológico, incluindo segurança da mineração

7.990

Engenheiros e arquitetos navais

6.640

Agrícola

2.590

Todos os outros engenheiros

120.810

Dados do U.S. Bureau of Labor Statistics

T A B E L A 1 . 2

Média salarial para engenheiros (2013) – Dados do U.S. Bureau of Labor Statistics

Carreiras ou Especialidades

Média Salarial

Aeroespacial/aeronáutica/astronáutica

$103.870

Agrícola

74.450

Bioengenharia e engenharia biomédica

88.670

Química

95.730

Civil

80.770

Engenharia da computação

104.250

Elétrica/eletrônica e de comunicações

89.180

Industrial/de produção

80.300

Engenharia de materiais

87.330

Mecânica

82.100

Engenharia de minas e minérios Nuclear

86.870 101.600

Dados do U.S. Bureau of Labor Statistics

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fundamentos de engenharia: uma introdução

Responda às perguntas a seguir para testar o que aprendeu.

Antes de continuar

1. Quais são as necessidades essenciais das pessoas? 2. Dê exemplos de produtos e serviços que tornam a vida cotidiana melhor. 3. Quais são as últimas projeções populacionais mundiais segundo o U. S. Census Bureau? 4. Dê exemplos de mudanças que continuamente alteram nosso modo de viver. 5. O que os engenheiros fazem?

1.3  Características comuns aos bons engenheiros OA3

Embora as atividades de um engenheiro sejam muito variadas, há alguns aspectos e hábitos de trabalho que caracterizam os engenheiros bem-sucedidos de hoje. • Os engenheiros são solucionadores de problemas. • Bons engenheiros desenvolvem sólido conhecimento dos princípios fundamentais da engenharia que podem ser usados para resolver grande variedade de problemas. • Bons engenheiros são analíticos, detalhistas e criativos. • Bons engenheiros demonstram o desejo de estar sempre aprendendo. Por exemplo, participam de aulas de educação continuada, seminários e workshops para estar informados sobre inovações e tecnologias emergentes. Isso é particularmente importante no mundo de hoje, pois as rápidas mudanças tecnológicas exigem que você, como engenheiro, acompanhe as novas tecnologias. Além disso, você correrá o risco de ser demitido ou ter uma promoção negada, caso não aprimore sua formação de engenharia. • Independentemente da área de especialização, os bons engenheiros contam com conhecimento profundo, que pode ser aplicado em muitas áreas. Portanto, engenheiros bem treinados são capazes de trabalhar fora de sua área de especialização, em outros campos relacionados. Por exemplo, um bom engenheiro mecânico, com ampla base de conhecimento, pode trabalhar como engenheiro automotivo, aeroespacial ou químico. • Bons engenheiros contam com boas habilidades de comunicação oral e escrita que os capacitam a trabalhar com seus colegas e transmitir seus conhecimentos para uma ampla gama de clientes. • Bons engenheiros têm habilidades de gerenciamento de tempo que os capacitam a trabalhar de maneira produtiva e eficiente. • Bons engenheiros apresentam boas “habilidades interpessoais” que os permitem interagir de maneira eficiente com várias pessoas nas organizações. Por exemplo, comunicam-se bem com especialistas de vendas e marketing e com os próprios colegas. • Os engenheiros devem escrever relatórios. Esses relatórios podem ser extensos, detalhados e técnicos, com gráficos, diagramas e plantas, ou podem ser breves memorandos ou resumos executivos. • Os engenheiros são hábeis no uso de computadores de várias maneiras diferentes para modelar e analisar diversos tipos de problemas práticos.

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• Bons engenheiros participam ativamente das organizações locais e nacionais, em sua área de especialização, frequentando seminários, workshops e reuniões. Muitos até fazem apresentações em reuniões profissionais. • Os engenheiros geralmente trabalham em equipe quando consultam uns aos outros para resolver problemas complexos. Dividem a tarefa em problemas menores e gerenciáveis para repartirem-na entre si; consequentemente, engenheiros produtivos devem trabalhar bem em equipe. As boas habilidades interpessoais e de comunicação são cada vez mais importantes por causa do mercado global. Por exemplo, várias partes de um carro são produzidas em diferentes empresas, localizadas em diferentes países. Para garantir que todos os componentes se ajustem e funcionem bem conjuntamente, a cooperação e a coordenação são essenciais, o que demanda excelentes habilidades de comunicação. Obviamente, o interesse em criar coisas, separar coisas ou resolver quebra-cabeças não é tudo para se tornar um engenheiro. Além de ter a dedicação para o aprendizado e o desejo de encontrar soluções, o engenheiro precisa adotar determinadas atitudes e características de personalidade.

OA4

1.4  Carreiras de engenharia

Agora que você já tem uma ideia geral do que os engenheiros fazem, pode refletir sobre as diversas ramificações ou especialidades na engenharia. Um bom lugar para aprender mais sobre as áreas de especialização em engenharia é a internet, em sites de empresas de engenharia. Explicaremos no Capítulo 2 que, ao passar um tempo lendo sobre essas empresas, você descobrirá muitos interesses comuns e uma coincidência de serviços que podem ser usados por engenheiros de várias carreiras. Segue uma lista de alguns sites úteis em que você pode pesquisar informações sobre as várias carreiras da engenharia. American Academy of Environmental Engineers

American Society of Mechanical Engineers

www.aaees.org

www.asme.org

American Institute of Aeronautics and Astronautics

Biomedical Engineering Society

www.aiaa.org American Institute of Chemical Engineers

www.aiche.org The American Society of Agricultural and Biological Engineers

www.bmes.org Institute of Electrical and Electronics Engineers

www.ieee.org Institute of Industrial Engineers

American Society of Civil Engineers

The Global Association of Productivity & Efficiency Professionals www.iienet2.org

www.asce.org

National Academy of Engineering

www.asabe.org American Nuclear Society

www.ans.org American Society for Engineering Education

www.asee.org American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers

www.ashrae.org

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www.nae.edu National Science Foundation

www.nsf.gov National Society of Black Engineers

www.nsbe.org National Society of Professional Engineers

www.nspe.org

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Society of Automotive Engineers

Jet Propulsion Laboratory

www.sae.org

www.jpl.nasa.gov

Society of Hispanic Professional Engineers

Johnson Space Center

www.shpe.org

www.jsc.nasa.gov

Society of Manufacturing Engineering

Kennedy Space Center

www.sme.org

www.ksc.nasa.gov

Society of Women Engineers

Langley Research Center

www.swe.org

www.larc.nasa.gov

Tau Beta Pi

Marshall Space Flight Center

(All-Engineering Honor Society) www.tbp.org

Glenn Research Center

www.msfc.nasa.gov

NASA Centers

www.grc.nasa.gov

Ames Research Center www.arc.nasa.gov

Inventors Hall of Fame

Dryden Flight Research Center

U.S. Patent and Trademark Office

www.dfrc.nasa.gov Goddard Space Flight Center

www.invent.org www.uspto.gov

www.gsfc.nasa.gov

Quais são algumas das áreas de especialização em engenharia? Há mais de vinte carreiras principais ou especialidades reconhecidas pelas sociedades de profissionais de engenharia. Além disso, em cada carreira existem várias ramificações. Por exemplo, o programa de engenharia mecânica pode ser tradicionalmente dividido em duas áreas amplas: (1) sistemas térmicos/fluidos e (2) sistemas estruturais/sóliOs engenheiros civis projetam dos. Na maioria dos programas de engenharia mecânica, durante seu e supervisionam a construção último ano escolar, você pode frequentar aulas opcionais que ampliam de prédios, estradas e rodovias, seu conhecimento básico de acordo com seus interesses. Portanto, por pontes, barragens, túneis, exemplo, se você está interessado em aprender mais sobre construir sistemas de transporte de massa, casas aquecidas durante o inverno ou resfriadas durante o verão, poderá aeroportos e sistemas municipais assistir aulas sobre aquecimento, refrigeração e aparelhos de ar-condide abastecimento de água e cionado. Para ter ideias adicionais sobre várias ramificações dentro das esgotamento sanitário. carreiras específicas de engenharia, considere a engenharia civil. As principais ramificações do programa de engenharia civil normalmente são as engenharias ambiental, geotécnica, hídrica, de transportes e estrutural. As ramificações da engenharia elétrica podem incluir geração e transmissão de energia, comunicações, controle, eletrônica e circuitos integrados. Nem todas as carreiras de engenharia são discutidas aqui, mas incentivamos você a visitar os sites das sociedades de engenharia para aprender mais sobre uma carreira de engenharia em particular.

Conselho de Credenciamento para Engenharia e Tecnologia (Accreditation Board for Engineering and Technology) Mais de trezentas escolas e universidades nos Estados Unidos oferecem programas de bacharel em engenharia reconhecidos pelo Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET). O ABET examina as credenciais das faculdades que possuem programas de engenharia, o conteúdo curricular, as instalações e as normas de admissão antes de conceder o credenciamento. Pode ser interessante procurar o status de credenciamento do programa de engenharia que você pretende cursar.

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O ABET mantém um site com a lista de todos os programas credenciados; visite www.abet.org para obter mais informações. De acordo com o ABET, os programas de engenharia credenciados devem demonstrar que seus graduados, de acordo com o tempo de graduação, apresentam: • habilidade para aplicar o conhecimento em matemática, ciências e engenharia; • habilidade para projetar e realizar experimentos, bem como analisar e interpretar dados; • habilidade para projetar um sistema, componente ou processo que atenda às necessidades desejadas; • habilidade para trabalhar em equipes multidisciplinares; • habilidade para identificar, formular e resolver problemas de engenharia; • compreensão das responsabilidades profissionais e éticas; • habilidade para comunicar-se eficientemente; • instrução necessária para compreender o impacto das soluções de engenharia no contexto social e global; • reconhecimento de necessidade e capacidade de se comprometer com um aprendizado permanente; • conhecimento de questões contemporâneas; e • habilidade para usar as técnicas, aptidões e ferramentas modernas de engenharia (Figura 1.4), necessárias para o exercício da profissão.

Chuck Rausin/Shutterstock.com

Portanto, há alguns resultados de aprendizagem esperados para um engenheiro graduado. Os programas de bacharelado em engenharia normalmente são de quatro anos; entretanto, muitos estudantes levam cinco anos para obter o diploma. Em um programa de engenharia normal, você passará os dois primeiros anos estudando matemática, inglês, física, química, engenharia introdutória, ciência da computação, ciências humanas e sociais. Esses dois primeiros anos geralmente são chamados de

FIG U R A 1 . 4

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Os engenheiros são hábeis no uso de computadores de várias maneiras diferentes para modelar e analisar diversos tipos de problemas práticos.

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pré-engenharia. Nos dois anos finais, muitos cursos são na área de engenharia mesmo, com uma concentração na ramificação escolhida. Por exemplo, durante os dois últimos anos de seus estudos em um programa de engenharia mecânica típico, você participará de cursos sobre termodinâmica, mecânica dos materiais, mecânica dos fluidos, transferência de calor, termodinâmica aplicada e projetos. Durante os Os engenheiros mecânicos últimos dois anos de seus estudos em engenharia civil, poderá esperar são treinados em projeto, passar por cursos de mecânica dos fluidos, transporte, engenharia desenvolvimento, teste e manufatura de máquinas, robôs, geotécnica, hidráulica, hidrologia e projetos de aço e concreto. Alguns ferramentas, equipamentos programas oferecem um currículo de engenharia generalizado; os estugeradores de energia (como dantes então deverão se especializar em escolas de graduação ou no turbinas de vapor e gás), exercício da profissão. equipamentos de aquecimento, Muitas escolas comunitárias em todo o país oferecem os dois priventilação e refrigeração e meiros anos de programas de engenharia, que normalmente são aceitos motores de combustão interna. pelas escolas de engenharia. Algumas escolas de engenharia oferecem programas de mestrado de cinco anos (incluindo a graduação). Outras, a fim de fornecer experiência prática, têm um plano cooperativo em que os alunos assistem aulas durante os três primeiros anos e depois podem passar um semestre sem estudar para trabalhar em uma empresa de engenharia. Logicamente, depois de um semestre ou dois, os estudantes retornam à escola para concluir a formação. As escolas com programas cooperativos geralmente oferecem complementos integrais de aulas todos os semestres, assim os alunos podem obter a graduação em quatro anos, se desejarem.

O profissional de engenharia Todos os cinquenta estados dos EUA e o Distrito de Colúmbia exigem registro para engenheiros cujo trabalho pode afetar a segurança pública. Como um primeiro passo para tornar-se um profissional de engenharia (PE – professional engineer), você deve possuir um diploma em um programa de engenharia reconhecido pelo ABET. Também é necessário ser aprovado no Exame Fundamentos da Engenharia (FE – Fundamentals of Engineering Exam). O exame FE é destinado a recém-graduados e alunos próximos a concluir a graduação em engenharia. Trata-se de um exame feito no computador e administrado durante todo o ano por centros de teste aprovados pelo NCEES – National Council of Examiners for Engineering and Surveying (Conselho Nacional de Examinadores de Engenharia e Agrimensura). O exame FE tem duração de seis horas, inclui um tutorial, um intervalo, o exame e uma breve pesquisa no final. Trata-se de um exame sem consulta a livros, com referências eletrônicas contendo 110 perguntas de múltipla escolha. Além disso, possui perguntas no sistema internacional de unidades (SI) e no sistema americano, portanto estude o Capítulo 6 deste livro cuidadosamente. O exame é oferecido em sete carreiras: química, civil, elétrica e engenharia da computação, ambiental, industrial, mecânica e “outras”. Depois de passar no exame FE, é necessário obter quatro anos de experiência de trabalho relevante em engenharia e passar em outro exame de oito horas (o exame Principles and Practice of Engineering – Princípios e Práticas em Engenharia), aplicado pelo estado. Os candidatos escolhem um exame em uma das 16 carreiras de engenharia. Alguns engenheiros são registrados em diversos estados. Normalmente, os engenheiros civis, mecânicos, químicos e elétricos procuram registro profissional. Como recém-graduado, você trabalhará sob a supervisão de um engenheiro mais experiente. De acordo com suas atribuições, algumas empresas podem colocá-lo para frequentar workshops (breves cursos de uma semana) ou seminários de um dia inteiro para obter treinamento adicional em habilidade de comunicação, gerenciamento de tempo ou um método de engenharia específico. Na medida em que adquire mais experiência, terá mais liberdade de tomar suas decisões de engenharia. Depois de muitos anos de experiência, você pode então escolher tornar-se encarregado de uma equipe de engenheiros ou técnicos. Alguns engenheiros recém-formados não começam suas carreiras na área específica de engenharia, mas em vendas ou em marketing relacionado a produtos e serviços de engenharia.

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Introdução à profissão de engenheiro

Conforme mencionado, há mais de vinte carreiras de engenharia reconhecidas pelas sociedades profissionais. Entretanto, a grande maioria dos diplomas de engenharia emitidos é para engenheiros civis, elétricos e mecânicos. Portanto, essas disciplinas são discutidas aqui primeiramente. Engenharia civil A engenharia civil provavelmente é a mais antiga das carreiras de engenharia. Como o nome indica, a engenharia civil está preocupada com a infraestrutura e serviços públicos. Os engenheiros civis projetam e supervisionam a construção de prédios, estradas e rodovias, pontes, barragens, túneis, sistemas de transporte de massa e aeroportos. Também estão envolvidos no projeto e supervisão de sistemas municipais de abastecimento de água e esgotamento sanitário. As principais ramificações da engenharia civil incluem as engenharias estrutural, ambiental, de transportes, hídrica e geotécnica. Os engenheiros civis (Figura 1.5) trabalham como consultores, supervisores de construção, engenheiros urbanos e engenheiros de transporte e utilidades públicas. De acordo com o Bureau of Labor Statistics, a perspectiva de trabalho em engenharia civil é boa, pois, conforme a população cresce, mais engenheiros civis são necessários para projetar e supervisionar a construção de novas casas, estradas e sistemas de abastecimento de água e esgotamento sanitário. Também são necessários na supervisão de equipes de manutenção e renovação de estruturas públicas existentes, como estradas, pontes e aeroportos. Engenharia elétrica e eletrônica A engenharia elétrica e eletrônica é a carreira de engenharia mais ampla de todas. Engenheiros Os engenheiros elétricos elétricos projetam, desenvolvem, testam e supervisionam a fabricação projetam, desenvolvem, testam de equipamentos elétricos, incluindo iluminação e fiação de residêne supervisionam a fabricação de cias, automóveis, ônibus, trens, navios e aviões, a geração de energia equipamentos elétricos. Dentre e o equipamento de transmissão para empresas de serviços públicos, eles estão iluminação e fiação motores elétricos existentes em vários produtos, dispositivos de conde residências, automóveis, trole e equipamento de radar. As principais ramificações da engenhaônibus, trens, navios e aviões, ria elétrica incluem geração de energia, transmissão e distribuição de equipamentos de geração e energia e controle. Os engenheiros eletrônicos (Figura 1.6) projetam, transmissão de energia para desenvolvem, testam e supervisionam a produção de equipamentos empresas de serviços públicos, eletrônicos, incluindo hardware de computadores, hardware de redes de motores elétricos encontrados em computadores, dispositivos de comunicação, como telefones celulares, vários produtos, dispositivos de televisores e equipamentos de vídeo e áudio, e ainda equipamentos de controle e equipamento de radar. medição. Dentre as crescentes ramificações da engenharia eletrônica estão equipamentos de informática e comunicação. A perspectiva para engenheiros elétricos e eletrônicos é muito boa, pois as empresas e o governo precisam de computadores rápidos e sistemas de comunicação melhores. Logicamente, os dispositivos eletrônicos para o mercado consumidor também desempenharão um papel significativo no crescimento da oferta de trabalho para engenheiros elétricos e eletrônicos. Engenharia mecânica A disciplina de engenharia mecânica, vem se desenvolvendo ao longo dos anos, conforme foram surgindo novas tecnologias, é uma das carreiras mais amplas da engenharia. Os engenheiros mecânicos são treinados em projeto, desenvolvimento, teste e manufatura de máquinas, robôs, ferramentas, equipamento geradores de energia, como turbinas de vapor e gás, equipamentos de aquecimento, ventilação e refrigeração e motores de combustão interna. As principais ramificações da engenharia mecânica incluem sistemas térmicos/fluidos e sistemas estruturais/sólidos. A perspectiva para engenheiros mecânicos também é muito boa, pois são necessárias máquinas mais eficientes, equipamentos de geração de energia e dispositivos produtores de energia alternativa. Você encontrará engenheiros mecânicos trabalhando para o governo federal, empresas de consultoria, vários setores manufatureiros, indústria automotiva e outras empresas de transporte. As outras carreiras comuns na engenharia incluem engenharia aeroespacial, biomédica, química, ambiental, de petróleo, nuclear e de materiais.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

© Charles Thatcher/Stone/Getty Images

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Engenheiro civil no trabalho.

FIG U R A 1 . 6

Engenheiro elétrico no trabalho.

© Virgo Productions/zefa/Corbis

FIG U R A 1 . 5

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Introdução à profissão de engenheiro

Engenharia aeroespacial Os engenheiros aeroespaciais projetam, desenvolvem, testam e supervisionam a fabricação de aviões comerciais e militares, helicópteros, espaçonaves e mísseis. Eles trabalham em projetos que lidam com pesquisa e desenvolvimento de sistemas de controle, orientação e navegação. A maioria dos engenheiros aeroespaciais trabalha para fabricantes de aeronaves e mísseis, o Departamento de Defesa e a NASA. Se você decidir seguir a carreira de engenharia aeroespacial, pode esperar morar na Califórnia, Washington, Texas ou Flórida, pois esses são os estados com grandes empresas de fabricação de aeronaves. De acordo com o Bureau of Labor Statistics, a perspectiva de trabalho para engenheiros aeroespaciais também é muito boa. Em razão do crescimento populacional e da necessidade de atender a demanda de mais tráfego aéreo de passageiros, também são esperados mais fabricantes de aeronaves comerciais.

Os engenheiros aeroespaciais projetam, desenvolvem, testam e supervisionam a fabricação de aviões comerciais e militares, helicópteros, espaçonaves e mísseis. Eles também trabalham em projetos que lidam com pesquisa e desenvolvimento de sistemas de controle, orientação e navegação.

Engenharia biomédica A engenharia biomédica é uma disciplina nova que combina biologia, química, medicina e engenharia para resolver grande variedade de problemas relacionados à área médica e de saúde. Os engenheiros biomédicos aplicam as leis e os princípios da química, biologia, medicina e engenharia para projetar membros artificiais, órgãos, sistemas de imagens e dispositivos usados nos procedimentos médicos. Também executam pesquisa junto a médicos, químicos e biólogos para entender melhor vários aspectos dos sistemas biológicos e do corpo humano. Além do treinamento em biologia e química, os engenheiros biomédicos apresentam sólida formação em engenharia mecânica ou elétrica. Há muitas especializações dentro da engenharia biomédica, incluindo: biomecânica, engenharia de biomateriais, de tecidos, de imagens médicas e de reabilitação. A cirurgia baseada em computador e a engenharia de tecidos estão entre as áreas de crescimento mais rápido de pesquisas na engenharia biomédica. De acordo com o Bureau of Labor Statistics, a perspectiva de trabalho para graduados em engenharia biomédica é muito boa, em decorrência do foco em problemas de saúde e na população cada vez mais idosa. Engenharia química Como o nome diz, os engenheiros químicos usam os princípios da química e as ciências da engenharia básica para resolver diversos problemas relacionados à fabricação de produtos químicos e seu uso em vários segmentos Os engenheiros químicos usam os de mercado, incluindo farmacêutico, eletrônico e fotográfico. A maioria princípios da química e as ciências dos engenheiros químicos é empregada por laboratórios químicos, refida engenharia básica para resolver narias de petróleo, indústrias de filme, papel, plásticos, tintas e outras vários problemas relacionados à relacionadas. Os engenheiros químicos também trabalham em metafabricação de produtos químicos e lúrgicas, indústrias de processamento de alimentos, de biotecnologia e seu uso em diversos segmentos de fermentação. Eles geralmente se especializam em determinadas áreas mercado, incluindo farmacêutico, como polímeros, oxidação, fertilizantes ou controle de poluição. Para eletrônico, indústrias de tintas, atender às necessidades da população em crescimento, a perspectiva de papel e plásticos. trabalho para engenheiros químicos também é boa, de acordo com o Bureau of Labor Statistics. Engenharia ambiental A engenharia ambiental é outra carreira nova que vem crescendo por causa da preocupação com o meio ambiente. Como o próprio nome diz, a engenharia ambiental preocupa-se em solucionar problemas relacionados ao meio ambiente. Os engenheiros ambientais aplicam as leis e os princípios da química, biologia e engenharia para tratar de problemas relacionados ao controle de poluição da água e do ar, resíduos perigosos, descarte de resíduos e reciclagem. Esses problemas, se não forem resolvidos adequadamente, afetarão a saúde pública. Muitos engenheiros ambientais estão envolvidos com o desenvolvimento de políticas e regulamentações ambientais locais,

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Os engenheiros ambientais aplicam as leis e os princípios da química, biologia e engenharia para tratar de problemas relacionados ao controle de poluição da água e do ar, resíduos perigosos, descarte de resíduos e reciclagem.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

nacionais e internacionais. Eles estudam os efeitos das emissões industriais e das emissões automobilísticas que levam à chuva ácida e à degradação da camada de ozônio. Também trabalham em problemas relacionados à limpeza dos resíduos perigosos existentes. Os engenheiros ambientais trabalham como consultores ou para órgãos locais, estaduais ou federais. De acordo com o Bureau of Labor Statistics, a perspectiva de trabalho para graduados em engenharia ambiental é muito boa, pois os engenheiros ambientais serão necessários em maior número para trabalhar e controlar os problemas ambientais descritos anteriormente. É importante observar que a perspectiva de trabalho para engenheiros ambientais, mais do que para engenheiros de outras carreiras, é afetada pela política. Por exemplo, políticas ambientais fracas podem levar a menos empregos, ao passo que políticas rigorosas podem levar a um número cada vez maior de empregos. Engenharia de produção Os engenheiros de produção desenvolvem, coordenam e supervisionam o processo de manufatura de todos os tipos de produtos. Estão preocupados com a fabricação de produtos de maneira eficiente e a um custo mínimo. Os engenheiros de produção estão envolvidos em todos os aspectos da produção, incluindo planejamento e manuseio de materiais, projeto, desenvolvimento, supervisão e controle de linhas de montagem. Eles utilizam robôs e tecnologias de visão artificial para fins de produção. Para demonstrar os conceitos de novos produtos e economizar tempo e dinheiro, os engenheiros de produção criam protótipos de produtos antes de passarem à produção dos produtos reais. Essa abordagem é denominada prototipagem. Os engenheiros de produção são empregados por todos os tipos de indústrias, incluindo automotiva, aeroespacial e de processamento e embalagem de alimentos. Prevê-se boa perspectiva de trabalho para engenheiros de produção. Engenharia de petróleo Os engenheiros de petróleo são especializados na descoberta e produção de petróleo e gás natural. Em colaboração com geólogos, eles pesquisam o mundo subterrâneo em busca de reservas de petróleo e gás natural. Os geólogos possuem boa compreensão das propriedades das rochas que envolvem a crosta da Terra. Após avaliarem as propriedades das formações rochosas em torno dos reservatórios de petróleo e gás, os geólogos trabalham com os engenheiros de petróleo a fim de determinar os melhores métodos de perfuração. Os engenheiros de petróleo também estão envolvidos no monitoramento e na supervisão das operações de perfuração e extração de petróleo. Em colaboração com outros engenheiros especializados, os engenheiros de petróleo projetam equipamentos e criam processos para obter a recuperação de petróleo e gás mais lucrativa. Utilizam modelos de computador para simular o desempenho do reservatório, enquanto experimentam diferentes técnicas de recuperação. Se você decidir seguir engenharia de petróleo, é mais provável que trabalhe para uma das principais empresas de petróleo ou para uma das centenas de refinarias pequenas e independentes envolvidas na exploração, produção e serviços de petróleo. As empresas de consultoria de engenharia, as agências governamentais, os serviços de campo e os fornecedores de equipamentos também empregam engenheiros de petróleo. De acordo com o U.S. Department of Labor, grande número de engenheiros de petróleo está empregado no Texas, Oklahoma, Louisiana, Colorado e Califórnia, incluindo plataformas costeiras. Muitos engenheiros de petróleo norte-americanos também trabalham no exterior, em regiões de produção de petróleo como Rússia, Oriente Médio, América do Sul ou África. A perspectiva de trabalho para engenheiros de petróleo depende dos preços do petróleo e do gás. Independentemente desse fato, se você decidir estudar engenharia de petróleo, as oportunidades de emprego devem ser favoráveis, pois o número de diplomas de engenharia de petróleo concedidos tem sido tradicionalmente baixo. Além disso, os engenheiros de petróleo trabalham no mundo todo e muitos empregadores buscam engenheiros de petróleo dos Estados Unidos para trabalhar em outros países. Engenharia nuclear Poucas escolas de engenharia no país oferecem o programa de engenharia nuclear. Os engenheiros nucleares projetam, desenvolvem, monitoram e operam equipamentos de energia nuclear que derivam sua força da energia nuclear. Os engenheiros nucleares (Figura 1.7) estão envolvidos no projeto, desenvolvimento e operação de usinas de energia nuclear para gerar eletricidade ou acionar navios e submarinos da marinha. Eles também trabalham em áreas como produção e manipulação de combustível nuclear e no descarte seguro de seus resíduos. Alguns engenheiros

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nucleares estão envolvidos no projeto e desenvolvimento de equipamentos industriais e médicos para diagnósticos. Os engenheiros nucleares trabalham para a Marinha dos Estados Unidos, para empresas de serviços públicos em energia nuclear e para a Nuclear Regulatory Commission of the Department of Energy (Comissão Regulamentar de Energia Nuclear do Departamento de Energia). Por causa do alto custo e às diversas preocupações de segurança para a população, existem poucas usinas de energia nuclear em construção. Mesmo assim, a perspectiva de trabalho para engenheiros nucleares não é tão ruim, pois atualmente não há muitos graduados nessa área. Outras oportunidades de trabalho que existem para engenheiros nucleares estão nos departamentos de Defesa e Energia, na tecnologia médica nuclear e no gerenciamento de resíduos nucleares.

© Picture Contact / Alamy

Engenharia de minas Há poucas escolas de engenharia de minas no país. Os engenheiros de minas, em colaboração com geólogos e engenheiros metalúrgicos, encontram, extraem e preparam carvão para uso nas empresas de serviços públicos; também procuram metais e minerais para extração, pois são matérias-primas de muitas indústrias de manufatura. Eles projetam e supervisionam a construção de minas de superfície e subterrâneas. Eles também podem se envolver no desenvolvimento de novos equipamentos de mineração para extração e separação de minérios de outros materiais que contêm os minérios desejados. A maioria dos engenheiros de minas trabalha na indústria de mineração; alguns trabalham para agências governamentais e para a indústria de manufatura. A perspectiva de trabalho para engenheiros de minas não é tão boa quanto para as outras carreiras. A indústria de mineração é um pouco parecida com a indústria de petróleo, no que diz respeito às oportunidades de trabalho, pois está vinculada aos preços dos metais e minérios. Se o preço desses produtos estiver baixo, as mineradoras não desejarão investir em novos equipamentos ou em novas minas. De modo similar aos engenheiros de petróleo, os engenheiros de minas dos Estados Unidos podem encontrar boas oportunidades fora do país.

f i g u r a 1.7

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Engenheiro nuclear no trabalho.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

Engenharia de materiais Existem poucas escolas de engenharia que oferecem um programa formal em engenharia de materiais, engenharia cerâmica ou engenheira metalúrgica. Os engenheiros de materiais pesquisam, desenvolvem e testam novos materiais para vários produtos e aplicações de engenharia. Esses novos materiais podem estar na forma de ligas metálicas, cerâmicas, plásticos ou compostos. Os engenheiros de materiais estudam a natureza, a estrutura atômica e as propriedades termofísicas dos materiais. Eles manipulam a estrutura atômica e molecular dos materiais a fim de criar materiais mais leves, resistentes e duráveis. Eles criam materiais com propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas, químicas e de transferência de calor específicas para uso em aplicações particulares: por exemplo, raquetes de tênis em grafite, que são muito mais leves e resistentes do que as antigas raquetes de madeira, os materiais compostos usados em aviões militares furtivos com propriedades eletromagnéticas específicas e os revestimentos cerâmicos no ônibus espacial, que protegiam o ônibus durante a reentrada na atmosfera (materiais cerâmicos são materiais não metálicos que podem resistir a altas temperaturas). A engenharia de materiais pode ser ainda dividida em metalúrgica, cerâmica, plástica e em outras especialidades. Você pode encontrar engenheiros de materiais trabalhando na fabricação de aeronaves, em vários laboratórios de pesquisa e testes, em fabricantes de produtos elétricos, de pedras e de vidro. Por causa do baixo número de recém-graduados, as oportunidades de trabalho são boas para engenheiros de materiais.

Tecnologia de engenharia No texto anterior, apresentamos a profissão de engenheiro e as diversas áreas de especialização. Agora, iremos descrever um pouco a tecnologia de engenharia. Para aqueles que tendem a ser mais ativos e menos interessados em teoria e matemática, a tecnologia de engenharia pode ser a opção certa. Os programas de tecnologia de engenharia normalmente requerem conhecimento de matemática básica até nível de cálculo integral e diferencial e mais concentração na aplicação de tecnologias e processos. Embora em menor grau do que engenheiros, os tecnólogos de engenharia usam os mesmos princípios de ciências, engenharia e matemática para ajudar os engenheiros na solução de problemas de produção, construção, desenvolvimento de produto, inspeção, manutenção, vendas e pesquisa. Eles também ajudam os engenheiros ou cientistas a definir experimentos, conduzir testes, coletar dados e calcular alguns resultados. Em geral, o escopo de trabalho de um tecnólogo de engenharia é mais orientado à aplicação e requer menos entendimento de matemática, teorias de engenharia e conceitos científicos usados em projetos complexos. Os programas de tecnologia de engenharia geralmente oferecem o mesmo tipo de carreiras que os programas de engenharia. Por exemplo, você pode obter seu diploma em Tecnologia de Engenharia Civil, Tecnologia de Engenharia Mecânica, Tecnologia de Engenharia Eletrônica ou Tecnologia de Engenharia Industrial. Entretanto, se decidir cursar Tecnologia de Engenharia, observe que a graduação nesse estudo é limitada e o registro como profissional de engenharia pode ser mais difícil em alguns estados. Os programas de tecnologia de engenharia também são reconhecidos pelo Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET). De acordo com o ABET, o currículo de tecnologia de engenharia deve desenvolver eficientemente as seguintes áreas, em suporte aos resultados escolares e objetivos educacionais do programa: matemática, conteúdo técnico, física e ciências naturais e um trabalho de conclusão de curso ou experiência integrada. O conteúdo técnico de determinado programa de tecnologia de engenharia é concentrado na engenharia e na ciência aplicada e destina-se a desenvolver habilidades, métodos, procedimentos e técnicas associadas a uma disciplina técnica em particular. De acordo com o ABET, um programa de tecnologia de engenharia reconhecido deve demonstrar que os estudantes, no momento da graduação, contam com:

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Introdução à profissão de engenheiro

Sempre gostei de matemática, de ciências e de resolver problemas em geral desde o primeiro e segundo graus. A engenharia despertou meu interesse como uma forma de seguir todas essas disciplinas. Quando escolhi cursar o Bacharelado em Engenharia Química passei por muitos desafios. Além das atribuições de leitura e aprendizagem dos materiais da aula, um dos maiores desafios foi decidir em qual segmento de mercado ingressar e que tipo de trabalho executar após a graduação. Duas ações me ajudaram nessa decisão: assistir a diversas aulas eletivas no departamento de engenharia e aproveitar a oportunidade de fazer um estágio. Hoje, estou na indústria de gás e petróleo, em suporte das instalações em um sistema de tubulação de produtos refinados. Uma das coisas de que mais gostei na engenharia foi a diversidade de experiências de trabalho que já tive. Em minha posição atual, participei

Perfil profissional de investigações de acidentes e análises de risco para avaliar os perigos em uma instalação. Conduzi projetos de redução de riscos com impacto na comunidade, nos funcionários e no ambiente, minimizando riscos de vazamento e perigos de segurança. Em posições passadas, gerenciei diversos projetos comerciais e também desenvolvi programas de treinamento para engenheiros novos na instalação. Procuro estar sempre sendo desafiada por novas funções e explorar diferentes oportunidades de engenharia em minha carreira.

Cortesia de Katie McCullough

Katie McCullough

Cortesia de Katie McCullough

a. habilidade para selecionar e aplicar o conhecimento, técnicas, aptidões e ferramentas modernas da carreira em atividades de tecnologia de engenharia definidas amplamente; b. habilidade para selecionar e aplicar conhecimentos de matemática, ciências, engenharia e tecnologia nos problemas de tecnologia de engenharia que requerem a aplicação de princípios, procedimentos e metodologias; c. habilidade para conduzir testes padrão e medições, para realizar, analisar e interpretar experimentos e para aplicar resultados experimentais para melhorar processos; d. habilidade para projetar sistemas, componentes ou processos para problemas gerais de tecnologia de engenharia de acordo com os objetivos educacionais do programa; e. habilidade para trabalhar de maneira eficiente como membro ou líder de uma equipe de técnicos; f. habilidade para identificar, analisar e resolver problemas gerais de tecnologia de engenharia; g. habilidade para se expressar oralmente, por escrito e por meio de gráficos em ambientes técnicos e leigo, e aptidão para identificar e usar a literatura técnica apropriada; h. entendimento da necessidade de comprometer-se a conduzir o próprio desenvolvimento profissional continuamente; i. compreensão e comprometimento com responsabilidades profissionais e éticas, incluindo respeito à diversidade; j. conhecimento do impacto das soluções de tecnologia de engenharia no contexto social e global; e k. comprometimento com a qualidade e melhoria contínua. Portanto, há alguns resultados da aprendizagem esperados para um profissional graduado no programa de tecnologia de engenharia.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

Responda as perguntas a seguir para testar o que aprendeu.

Antes de continuar

1. Dê exemplos de características comuns aos engenheiros de sucesso. 2. Por que o aprendizado permanente é importante na engenharia? 3. Por que são importantes boas habilidades de comunicação oral e escrita na engenharia? 4. O que os engenheiros nucleares fazem? 5. O que os engenheiros de petróleo fazem? 6. Qual é a diferença entre engenharia e tecnologia de engenharia?

Vocabulário — Como engenheiro de boa formação e cidadão inteligente, é importante entender que você precisa desenvolver um vocabulário amplo para se comunicar de maneira eficiente. Indique o significado dos termos a seguir. Profissional de engenharia _­ ______________________________ Engenheiro mecânico ­_ __________________________________ Engenheiro elétrico ­_ ____________________________________ Engenheiro civil ­_ _______________________________________ Engenheiro aeroespacial ­_ ________________________________ Engenheiro de produção ­_ ________________________________ Engenheiro químico ­_ ____________________________________ Engenheiro ambiental ­_ ___________________________________

R E S U M O OA1 As obras de engenharia estão em toda parte

Agora você já deve compreender como os engenheiros contribuem para o conforto e o bem-estar de nossa vida cotidiana. Os engenheiros aplicam as leis e os princípios da física, da química e da matemática para projetar milhões de produtos e serviços que usamos em nosso dia a dia. Esses produtos incluem automóveis, computadores, aviões, roupas, brinquedos, aparelhos domésticos, equipamentos cirúrgicos e equipamentos de refrigeração, dispositivos de saúde e máquinas que fazem vários produtos. Os engenheiros também exercem importante

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função no projeto e na manutenção da infraestrutura de um país, incluindo sistemas de comunicação, serviços públicos e transporte. Projetam e supervisionam a construção de prédios, barragens, rodovias, sistemas de transporte de massa e a construção de usinas que fornecem eletricidade para indústrias, residências e escritórios. OA2 A profissão de engenheiro

Os engenheiros levam em conta fatores importantes como eficiência, custo, credibilidade e segurança quando projetam produtos e serviços. Eles realizam testes para ter certeza de que os produtos que

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Introdução à profissão de engenheiro

projetaram suportam várias condições e situações. Também procuram formas de melhorar o que já existe. Estão continuamente desenvolvendo materiais novos e mais avançados para criar produtos mais leves e mais resistentes para diferentes aplicações e são responsáveis por encontrar maneiras de extrair petróleo, gás natural e matéria-prima, envolvidos também na busca de novos caminhos para aumentar a colheita de frutas e vegetais, enquanto procuram aumentar a segurança de nossos produtos alimentares. Além de projetar, alguns engenheiros trabalham como representantes de vendas de produtos, enquanto outros fornecem suporte técnico e solução de problemas para os clientes que usam esses produtos. Muitos engenheiros decidem se envolver em vendas e suporte ao cliente, pois a formação de engenharia permite que expliquem e discutam as informações técnicas para auxiliar na instalação, operação e manutenção de vários produtos e máquinas. Nem todos os engenheiros trabalham para indústrias privadas; alguns trabalham para órgãos federais, estaduais e locais em vários segmentos. Os engenheiros trabalham em departamentos de Agricultura, Defesa, Energia e Transporte e outros engenheiros trabalham para NASA. OA3 Características comuns aos bons engenheiros

Embora as atividades de um engenheiro sejam muito variadas, há algumas características e hábitos de trabalho que caracterizam os engenheiros bem-sucedidos de hoje. Os bons engenheiros são solucionadores de problemas e contam com sólido conhecimento dos princípios fundamentais da engenharia que podem ser usados para resolver diversos problemas. Demonstram o desejo de estar sempre aprendendo. Também contam com boas habilidades de comunicação oral e escrita que os capacitam a trabalhar com seus colegas e colocar

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seus conhecimentos à disposição de uma ampla gama de clientes. Os engenheiros devem escrever relatórios e esses relatórios podem ser extensos, detalhados e técnicos, com gráficos, diagramas e plantas, ou podem ser breves memorandos ou resumos executivos. Bons engenheiros têm habilidades de gerenciamento do tempo, que os capacitam a trabalhar de maneira produtiva e eficiente. Eles também participam ativamente das organizações locais e nacionais, em sua área de especialização, comparecendo a seminários, workshops e reuniões. OA4 Carreiras de engenharia

Há mais de vinte carreiras de engenharia reconhecidas pelas sociedades profissionais. A maioria dos diplomas de engenharia emitidos é para engenheiros civis, elétricos e mecânicos. A engenharia civil é a disciplina mais antiga e, como o nome indica, preocupa-se com a infraestrutura e serviços públicos. A engenharia elétrica e eletrônica é a disciplina de engenharia mais ampla de todas. Engenheiros elétricos projetam, desenvolvem, testam e supervisionam a fabricação de equipamentos elétricos, incluindo iluminação e fiação de residências, automóveis, ônibus, trens, navios e aviões, equipamentos de geração e transmissão de energia para empresas de serviços públicos, motores elétricos existentes em vários produtos, dispositivos de controle e equipamento de radar. A carreira de engenharia mecânica talvez seja opção mais abrangente. Os engenheiros mecânicos são treinados em projeto, desenvolvimento, teste e manufatura de máquinas, robôs, ferramentas, equipamentos geradores de energia (como turbinas de vapor e gás), equipamentos de aquecimento, ventilação e refrigeração e motores de combustão interna. As outras carreiras comuns da engenharia incluem engenharia aeroespacial, biomédica, química, ambiental, de petróleo, nuclear e de materiais.

T E R M O S-C H A V E ABET

Engenharia elétrica

Engenharia de materiais

Engenharia aeroespacial

Engenheiro

Engenharia mecânica

Engenharia biomédica

Engenharia

Engenharia nuclear

Engenharia química

Engenharia ambiental

Engenharia de petróleo

Engenharia civil

Fundamentals of Engineering Exam

Profissional de engenharia

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fundamentos de engenharia: uma introdução

A P LI Q U E O Q U E A P R EN D E U

Dmitry Kalinovsky/Shutterstock.com

wavebreakmedia/Shutterstock.com

Este é um projeto para a sala de aula. Cada um de vocês deverá pedir aos pais/avós que pensem em quando se formaram no colégio ou na faculdade e criem uma lista de produtos e serviços de que dispõem hoje em seu dia a dia e que não existiam naquela época. Perguntem a eles se já imaginavam que esses produtos e serviços estariam disponíveis hoje. Para ajudar na lista inicial de seus pais/avós, seguem alguns exemplos: telefones celulares, cartões de banco, computadores pessoais, airbags nos carros, leitoras de códigos de barra em supermercados, sistema Sem Parar, etc. Deixe que seus pais/avós expliquem como esses produtos facilitam (ou complicam) nosso dia a dia. Em seguida, vocês compilarão uma lista de produtos ou serviços que não estão disponíveis no momento e que acreditam que estarão nos próximos vinte anos. Discutam quais carreiras de engenharia estarão envolvidas no projeto e no desenvolvimento desses produtos e serviços. De acordo com as orientações de seu instrutor, vocês poderão trabalhar em grupos. Apresente seus resultados à classe toda. Como futuro engenheiro, como você acha que pode contribuir para o conforto e o bem-estar de nossa vida cotidiana?

P R O B L E M A S Problemas que promovem aprendizado permanente estão indicados por 1.1 Observe o mundo ao seu redor. Sem quais das conquistas da engenharia você não poderia mais viver? 1.2 Usando a internet, encontre as organizações

relativas às carreiras de engenharia a seguir. Dependendo de seus interesses pessoais, prepare um breve relatório de duas páginas sobre os objetivos e missões da organização que você selecionou. Bioengenharia Engenharia cerâmica Engenharia química Engenharia civil Engenharia da computação Engenharia elétrica Engenharia eletrônica Engenharia ambiental Engenharia industrial Engenharia de produção Engenharia de materiais Engenharia mecânica

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1.3 Para aumentar a consciência sobre a

importância da engenharia e promover a formação e as carreiras em engenharia entre a geração mais nova, prepare e faça uma apresentação de 15 minutos baseada na internet, em um shopping center de sua cidade. É necessário fazer um planejamento de tempo antecipado e solicitar permissão das autoridades competentes. 1.4 Se sua aula de introdução à engenharia

tiver um projeto de conclusão, apresente seu trabalho final em um shopping center em uma data definida por seu instrutor. Se o projeto tiver um componente mais competitivo, mantenha a competição do projeto no shopping center. 1.5 Prepare uma apresentação oral de 15

minutos sobre engenharia e suas diversas careiras e, na próxima vez em que voltar para casa, apresente-a aos alunos de seu colégio. Solicite catálogos e folhetos ao departamento de engenharia de sua faculdade e também a empresas

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Introdução à profissão de engenheiro

de engenharia para levar em sua apresentação. 1.6 Este é um projeto para a sala de aula.

Prepare um site sobre a engenharia e suas diversas ramificações. Escolham um líder do grupo; em seguida, dividam as tarefas entre vocês. Enquanto trabalha em seu projeto, anote os pontos positivos e os negativos de trabalhar em equipe. Escreva um breve relatório sobre suas experiências a respeito desse projeto. Quais são suas recomendações para os outros alunos que podem trabalhar em um projeto similar? 1.7

Este é um projeto em equipe. Prepare uma apresentação baseada na internet sobre a história da engenharia e o futuro da engenharia. Reúna fotos, pequenos vídeos, gráficos, etc. Forneça os links das principais sociedades de engenharia, bem como dos principais centros de pesquisa e desenvolvimento.

1.8 Faça uma pesquisa na internet para obter

informações sobre o número de engenheiros empregados em uma área específica e o salário médio nos últimos anos. Apresente suas descobertas a seu instrutor. 1.9 Se estiver planejando estudar engenharia

química, investigue o que significam os seguintes termos: polímeros, plásticos, termoplásticos e termoconsolidantes. Dê no mínimo dez exemplos de produtos plásticos consumidos no dia a dia. Escreva um pequeno relatório explicando o que descobriu. 1.10 Se estiver pretendendo estudar engenharia

elétrica, investigue como a eletricidade é gerada e distribuída. Escreva um breve relatório explicando o que descobriu. 1.11 Existem motores elétricos em muitos

dispositivos e aparelhos em sua casa. Identifique em sua casa no mínimo três produtos que empregam motores elétricos. 1.12 Identifique no mínimo vinte materiais

diferentes usados em vários produtos da sua casa. 1.13 Se estiver pretendendo estudar engenharia

civil, investigue o que significa carga morta, carga viva, carga de impacto, carga do vento e carga da neve no projeto de estruturas.

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Escreva um breve memorando para seu instrutor descrevendo suas descobertas. 1.14 Este é um projeto em grupo. Como você

pode observar em nossa discussão sobre a profissão de engenheiro, neste capítulo, as pessoas confiam muito nos engenheiros quanto ao provimento de bons produtos e serviços seguros. E também percebeu que não há espaço para erros ou desonestidade na engenharia! Os erros cometidos por engenheiros podem custar não apenas muito dinheiro, mas também vidas. Pense nisto: Um cirurgião incompetente ou sem ética poderia causar a morte de no máximo uma pessoa de cada vez, ao passo que um engenheiro incompetente e não ético poderia causar a morte de centenas de pessoas de uma vez. Se, para economizar dinheiro, um engenheiro não ético projetar uma ponte ou parte de um avião que não atende aos requisitos de segurança, centenas de pessoas estarão em risco!   Visite o site da National Society of Professional Engineers e pesquise sobre ética na engenharia. Discuta por que a ética na engenharia é tão importante e explique por que se espera dos engenheiros a prática da engenharia usando os mais altos padrões de honestidade e integridade. Dê exemplos de códigos de ética na engenharia. Escreva um breve relatório para seu instrutor descrevendo suas descobertas. 1.15 O exame Fundamentals of Engineering é oferecido em sete carreiras: química, civil, elétrica e engenharia da computação, ambiental, industrial, mecânica e “outras disciplinas”. Visite o site do NCEES – National Council of Examiners for Engineering and Surveying, disponível em www.ncees.org e, busque algumas perguntas que você pode esperar de matemática, probabilidade e estatística, química, ética, economia na engenharia, estática, entre outras, na carreira que você pretende estudar. No futuro, enquanto você assiste as aulas sobre esses tópicos, lembre-se da importância de se preparar para o exame FE e tornar-se um engenheiro de sucesso.

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fundamentos de engenharia: uma introdução

Projeto I

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Objetivo:  Projetar um veículo com base nos materiais relacionados abaixo e aderir às regras a seguir. • Você deve usar todos os itens fornecidos. • O veículo deve ser lançado de uma altura de 3 metros. • O veículo deve pousar na área marcada (1,20 m versus 1,20 m). • A cada projeto é permitida uma queda prática. • Vence o projeto de veículo com menor tempo de queda. • São permitidos 30 minutos para preparação. • Explique o raciocínio aplicado em seu projeto. Materiais fornecidos:  2 placas de papel; 1 copo de papel; 2 balões; 3 elásticos; 1 canudo; 12 etiquetas autoadesivas.

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Stocksnapper/Shutterstock.com

“Descobri que quanto mais trabalho mais sorte tenho.” – Thomas Jefferson (1743–1826)

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UMA INTRODUÇÃO TRADUÇÃO DA 5a EDIÇÃO NORTE-AMERICANA

Saeed Moaveni Fundamentos de engenharia é organizado em seis partes e vinte capítulos, com material suficiente para cursos de dois semestres. Essa abordagem permite que o professor escolha os tópicos de seu interesse. Ao longo dos capítulos, são apresentados exemplos relevantes do dia a dia, bem como problemas que exigem do aluno coleta de informações e análise. Para enfatizar a importância da equipe de trabalho na engenharia e para encorajar a participação em grupo, muitos problemas apresentados requerem o trabalho em grupo; alguns requerem a participação de toda a classe. O livro inclui estudos de casos com problemas e suas soluções incorporam os conceitos de engenharia e as leis discutidas nos capítulos precedentes. Além disso, a obra traz sete projetos improvisados e econômicos que podem ser desenvolvidos durante as aulas. Aplicações: Livro-texto dirigido a estudantes dos cursos de engenharia mecânica, elétrica, civil e da computação; como leitura complementar, pode ser utilizado em cursos de engenharia ambiental, agrícola, de alimentos e ciência da computação.

Material de apoio on-line para professores

Saeed Moaveni FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA: UMA INTRODUÇÃO

FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA

MATERIAL DE APOIO ON-LINE

OUTRAS OBRAS FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA GEOTÉCNICA Tradução da 8a edição norte-americana

Braja M. Das e Khaled Sobhan

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA MECÂNICA Tradução da 3a edição norte-americana

Jonathan Wickert e Kemper Lewis

PROBABILIDADE E ESTATÍSTICA PARA ENGENHARIA E CIÊNCIAS Tradução da 8a edição norte-americana

FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA UMA INTRODUÇÃO

Jay L. Devore

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS Tradução da 3a edição norte-americana

Donald R. Askeland e Wendelin J. Wright

TRADUÇÃO DA 5a EDIÇÃO NORTE-AMERICANA ISBN 13 978-85-221-2555-5 ISBN 10 85-221-2555-4 Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

Saeed Moaveni

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Fundamentos de Engenharia_final.indd 1

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