Estudantes de Engenharia de Computação relacionam habilidades de programação e projeto a conceitos fundamentais em mecânica dos sólidos

 

Leandro Steiw

 

Uma competição de pontes de painéis de MDF movimentou a atenção dos estudantes da disciplina Transferência de Calor e Mecânica de Sólidos, do curso de Engenharia de Computação do Insper. Além da expectativa em superar os limites de resistência, os graduandos tiveram a oportunidade de desenvolver a capacidade de análise, a comunicação e o poder de resolução de problemas em um ambiente de prototipagem rápida e de aprendizado dinâmico e interativo.

Segundo o professor Caio Rodrigues, a ideia surgiu ainda durante o desenho da disciplina, nos estudos de implantação dos cursos de Engenharia. “Queríamos um projeto que pudesse trabalhar as habilidades relacionadas aos conceitos da disciplina e outras atividades transversais, ligadas ao trabalho em equipe”, diz. A inspiração veio das tradicionais competições de pontes de macarrão, na qual se constroem estruturas com fios de espaguete e cola — algumas chegam a suportar centenas de quilogramas.

O material escolhido foi o MDF, painel de fibra de madeira e resina sintética, que permitiu aos estudantes cortar os elementos estruturais da ponte conforme o dimensionamento que obtiveram na simulação computacional. Um dos objetivos da atividade é justamente desenvolver um projeto completo, que combine demandas técnicas de engenharia com requisitos mínimos de geometria, resistência e restrições econômicas. Antes da prova de carga, tudo é calculado em softwares adequados.

Para participar da atividade, todos os grupos recebem o mesmo conjunto de materiais: uma placa de MDF de 600 x 600 x 3 milímetros, 40 parafusos, 40 porcas e 40 arruelas. Embora não recomendado, se necessário, é possível solicitar uma quantidade maior para a construção da ponte, mas qualquer material extra reduz a pontuação final do grupo. As peças estruturais são desenhadas em duas dimensões no software CAD, cortadas a laser no FabLab (laboratório de fabricação digital), montadas na forma do protótipo da ponte e testadas no TechLab (laboratório de engenharia industrial).

Entre outras condições de projeto, duas são indispensáveis: a ponte deve encaixar no vão de 400 milímetros e suportar, no mínimo, uma carga de 200 newtons. O trabalho do grupo dos alunos Antônio Amaral Egydio Martins, Ariel Tamezgui Leventhal, Arthur Martins de Souza Barreto e Felipe Catapano chegou aos 2.500 newtons, sem romper. Na simulação computacional, os quatro obtiveram 3.000 newtons, o que deu certa confiança para a prova na máquina de ensaio. “Escolhemos os dois melhores jeitos de fazer ponte, em arco e com treliças, inspirados na forma dos aquedutos romanos”, afirma Barreto.

Eles revelam que, desde o início, pensaram em uma estrutura robusta que sustentasse a maior carga, o que poderia resultar em um protótipo mais pesado. “Em vez de fazer peças grandes, no limite permitido, preferimos distribuir a tensão em diversas peças menores, reduzindo a flambagem e outros efeitos”, diz Martins. Segundo Catapano, este foi o primeiro projeto que fizeram em engenharia de software voltada para simulação.

Por sua vez, o grupo de Giovana Cassoni Andrade, Guilherme dos Santos Martins, João Gabriel Valentim Rocha e Marlon Silva Pereira venceu no quesito eficiência estrutural, que mede a relação entre a carga aplicada (1.243 newtons) e a massa da ponte (452 g). Ou seja, feitas do mesmo material, as estruturas mais leves que resistem a cargas maiores são mais baratas. “A experiência foi interessante e demandou comprometimento com o projeto, desde a parte de escolher o tipo de ponte até a impressão das peças e a construção com uma quantidade de materiais especificada pelo projeto”, conta Giovana.

Para chegar à estrutura usada no protótipo, o grupo analisou alguns tipos de pontes existentes e selecionou aquela que seguia as limitações de tamanho do projeto, com formato de arco e topo reto, que ajudaria a distribuir o peso colocado nas treliças posicionadas. “Com o projeto, aprendemos quanto planejamento é requerido e a importância de levar vários parâmetros em consideração”, diz a aluna.

 

 

Interdisciplinaridade

A atividade de Mecânica dos Sólidos tem um importante caráter interdisciplinar, porque parte dos conceitos postos em prática pelos estudantes foi aprendida em semestres anteriores. Nas primeiras semanas de aula, estudam-se outras teorias e resolvem-se, no papel, problemas importantes para a execução do projeto. Os alunos partem, então, para uma abordagem numérica que permite o desenvolvimento de um software de simulação, a atividade seguinte na disciplina.

Em artigo científico apresentado na International Conference on Active Learning in Engineering Education (PAEE-ALE’2018), uma das principais conferências internacionais de aprendizado ativo em Engenharia, Rodrigues relata como a exigência do ensino da mecânica dos sólidos em cursos de Engenharia pode ser mais bem aproveitada nos currículos de Computação. “A atividade das pontes de MDF dá aos alunos suporte ao desenvolvimento de software especializado”, explica o professor. “Se, por exemplo, eles precisarem criar um programa que vai auxiliar engenheiros e arquitetos, é importante que conheçam os conceitos que permeiam essas profissões.”

O artigo mostra como a abordagem centrada no aluno permitiu aos graduandos de Computação estabelecer elos entre as diversas áreas do conhecimento e relacionar habilidades específicas (como programação e projeto de software) a conceitos fundamentais em mecânica dos sólidos. Semestre após semestre, tentam-se superar os recordes de carga e eficiência estrutural das turmas anteriores. A etapa de medição dos resultados, portanto, acaba sendo não apenas um ambiente de competição, mas de expectativa, diversão e interação entre todos os estudantes.