Uma abordagem cuidadosa e abrangente para o ensino de simulação na graduação em engenharia
Em universidades do mundo todo, os estudantes estão descobrindo o poder transformador da simulação e dominando suas aplicações para enfrentar diversos desafios em diferentes setores. O aprendizado baseado em simulação aproxima a realidade da sala de aula, transformando o cenário educacional e aumentando o engajamento dos alunos com cenários do mundo real.
As universidades estão expandindo seus currículos de engenharia para acompanhar a evolução constante do mundo da engenharia moderna. O treinamento de futuros engenheiros em simulação é cada vez mais reconhecido como um componente vital do desenvolvimento profissional.
IMT eleva o ensino de engenharia
O Instituto Mauá de Tecnologia (IMT) é uma instituição privada e sem fins lucrativos em São Paulo, Brasil, que oferece aos estudantes de engenharia a vantagem de aprender a usar a simulação ao longo de todo o programa escolhido. O IMT tem proporcionado aos estudantes oportunidades educacionais de ponta em gestão de negócios, design e engenharia por mais de 60 anos. Seu departamento de engenharia oferece nove programas diferentes, que vão desde engenharia de alimentos até engenharia mecânica. Os estudantes ganham bastante experiência no uso das ferramentas de simulação Ansys, graças ao apoio do Programa Acadêmico Ansys e do Apex Channel Partner da Ansys, ESSS.
Estudante trabalhando em uma simulação no software Ansys Fluent durante a aula.
A simulação encontra a sala de aula
Os programas de engenharia do IMT têm cinco anos de duração e oferecem muitas oportunidades para cursos e disciplinas extracurriculares. Com o pacote de soluções multi-físicas do Ansys Academic para todo o campus, a universidade tem acesso abrangente às ferramentas de simulação Ansys, permitindo a integração da simulação em todo o seu currículo de engenharia. Em seu segundo ano, os estudantes têm tradicionalmente sua primeira experiência com a simulação Ansys, começando com o software educacional Ansys Granta EduPack™ para educação em materiais. Ao longo do programa, os estudantes adicionam às suas habilidades de simulação com a exposição às ferramentas Ansys embutidas em cada curso de engenharia.
Eles acumulam anos de experiência em softwares como Ansys Fluent®, Ansys CFX®, Granta EduPack e Ansys Mechanical™, antes mesmo de entrarem no mercado de trabalho. Têm a oportunidade de simular desafios que vão desde a aerodinâmica de aviões e carros de corrida até a avaliação de risco de aneurismas cerebrais. A procura pela simulação é tão grande que o IMT passou a oferecê-la como “projeto especial e atividade” já no primeiro ano, além de uma disciplina eletiva para alunos avançados, com foco em aplicações mais amplas da simulação em engenharia mecânica.
Aprendizagem através da simulação numérica
Cursos como o de engenharia mecânica são estruturados para permitir que os estudantes estudem fenômenos do mundo real centrais para as aplicações da indústria. Os estudantes se tornam proficientes em simulação numérica, particularmente em cursos de engenharia mecânica, química, civil e elétrica/eletrônica. O programa de engenharia mecânica, por exemplo, inclui etapas que levam os estudantes da modelagem de problemas de design assistido por computador (CAD) à criação de geometria, geração de malha, configuração, solução e pós-processamento. Os estudantes completam ainda mais etapas de verificação e validação ao realizar análises numéricas.
“Começamos a ensinar a simulação numérica no terceiro ano (…) e com o passar dos anos, aumentamos o nível de dificuldade para que possam estudar problemas mais complexos”, diz o professor associado e coordenador do curso, Dr. João de Sá Brasil Lima.
Demonstração do fluxo de ar ao redor de um cilindro circular em um túnel de vento.
Educação em engenharia em 360°
Graças à “abordagem 360°” do departamento de engenharia do IMT, os estudantes conseguem compreender melhor fenômenos físicos através da modelagem prática. Eles estudam um problema teórico usando simulação numérica tanto em sala de aula quanto em laboratório, onde podem ver o problema em tempo real e analisar seus aspectos experimentais, numéricos e analíticos.
“Não estamos apenas dando ao aluno uma experiência média com simulação”, explica o Dr. Joseph Youssif Saab Jr., professor de energia e fluidos no IMT. “Acreditamos que isso realmente impulsiona a compreensão dos conceitos, que podem ser usados para simulação e depois validados com testes experimentais. Estamos garantindo que os estudantes possam compreender profundamente os conceitos envolvidos.”
Uma simulação numérica de fluxo ao redor de um cilindro circular realizada no software Ansys Fluent®.
Simulação desperta o engajamento dos alunos
Sem dúvidas, estudantes de todos os níveis do programa valorizam muito o foco em simulação. “Eles realmente gostam de usar as ferramentas durante as aulas. Eles ficam mais entusiasmados para estudar [fenômenos] que antes eram ensinados apenas no quadro-negro”, diz Lima. Ele compartilha que aprender a utilizar ferramentas da Ansys captura a atenção dos alunos e facilita a compreensão de seus recursos. Isso os prepara para aplicar as ferramentas adequadas no mercado de trabalho, e cada vez mais alunos têm essa experiência antes mesmo da formatura.
Equipes estudantis
Além de aulas premiadas, os estudantes do IMT também têm oportunidades práticas em equipes estudantis.
Uma oportunidade bem conhecida no campus é a equipe MAUÁ Racing Formula SAE. A Fórmula SAE é uma competição de engenharia internacional realizada em Michigan, organizada pela SAE International, onde estudantes universitários projetam, constroem e competem com pequenos carros de corrida estilo fórmula. Em 2024, a equipe do IMT conquistou o primeiro lugar no concurso de Design de Engenharia.
Levando o aprendizado além da sala de aula
No IMT, não é incomum que 95% ou mais dos formandos de engenharia concluam o curso já empregados. Os professores Lima e Saab atribuem esse sucesso ao ensino multidisciplinar da simulação — especialmente a simulação numérica. Empresas que antes investiam muito tempo no treinamento em CAE (Computer-Aided Engineering) agora contratam graduados já prontos para aplicar essas ferramentas. O IMT visa aumentar a empregabilidade de seus graduados ensinando-lhes as habilidades de que precisam para começar a trabalhar imediatamente como novos funcionários em qualquer área da engenharia.
“Temos introduzido ferramentas Ansys para resolução de problemas em muitas disciplinas por muitos anos, e os estudantes estão sendo selecionados por algumas indústrias com base nessa experiência, em alguns casos, que é o que planejamos”, diz o Dr. Saab.
Estudantes do IMT trabalhando no software Ansys Fluent durante uma palestra.
Uma história de um estudante em particular sempre ficará marcada na memória do corpo docente de engenharia do IMT: Um estudante que supervisionava simulações numéricas para a equipe MAUÁ Racing Formula SAE como um projeto extracurricular causou uma grande impressão em um novo empregador quando ele sugeriu que a empresa incorporasse a simulação em seu fluxo de trabalho. Após desenvolver e provar um caso para a simulação, o empregador se convenceu de que a simulação poderia ser a solução para vários de seus desafios. O estudante então iniciou e dirigiu o primeiro departamento de simulação naquela empresa, impulsionado inteiramente pelas ferramentas Ansys.
“Uma coisa que realmente nos deixa felizes é ver nossos estudantes terminarem o programa, irem para as empresas trabalhar e ainda encontrarem novos problemas e situações que podem ser estudadas com simulação numérica”, diz o Dr. Lima.
Integração com a indústria
O IMT não está apenas enviando seus graduados para a indústria com um conjunto de habilidades avançadas em simulação, mas também está trazendo a indústria para a sala de aula. Os caminhos da engenharia podem variar, mas é o uso compartilhado de ferramentas de simulação e a educação abrangente que fortalece o departamento de engenharia do IMT como um parceiro valioso dentro da indústria no Brasil e além. “Estamos desenvolvendo parcerias de diferentes maneiras”, diz o Dr. Saab.
Um fabricante de componentes para plantas químicas uniu forças com o IMT nos últimos cinco anos para desafiar engenheiros em ascensão em um cenário do mundo real relacionado a um de seus produtos. No desafio, um engenheiro da empresa apresenta aos estudantes todos os anos a geometria do produto da empresa. Os estudantes são então desafiados a otimizar o produto usando simulação, em direção a alguns requisitos finais específicos. O engenheiro visita a turma ao longo do semestre para verificar o progresso dos estudantes na conclusão do desafio, depois avalia as simulações finais e premia a equipe que alcançou os melhores resultados com um certificado assinado pela empresa e pelo IMT.
Outro tipo de interação acontece dentro do projeto HPA, onde os requisitos são desenvolvidos internamente, mas engenheiros de uma empresa de fabricação de aeronaves avaliam os resultados de cada equipe de design duas vezes por ano. Essa oportunidade inestimável de ganhar experiência prática e interagir com profissionais da indústria é apenas um exemplo de como o IMT eleva o padrão na educação em simulação.
Além disso, aproximadamente 40 estudantes do IMT participam do NAE Grand Challenges Scholars Program junto com professores mentores do IMT, usando a simulação Ansys em projetos de pesquisa e mais.
Avançando os limites na educação em engenharia
Apesar dos impressionantes cursos, colaborações e projetos de pesquisa que acontecem no IMT, o departamento de engenharia está sempre buscando avançar o futuro do programa. Em última análise, o departamento visa implementar o gerenciamento do ciclo de vida do projeto (PLM) em seu catálogo de ferramentas existentes. “Se você pode replicar o ambiente industrial dentro de sua escola, pode ensinar os estudantes a entrarem perfeitamente na indústria sem experimentar muitas diferenças”, diz o Dr. Saab. Os professores de engenharia do IMT estão focados em encontrar as soluções certas para familiarizar ainda mais os estudantes com experiências reais da indústria.
O IMT continua a avançar em seu papel como líder na educação em engenharia, incorporando o uso da simulação em seus programas. Recentemente, o IMT recebeu a nota mais alta (Nota 5) pelo Ministério da Educação do Brasil para seus cursos de engenharia mecânica. Além disso, o IMT também obteve uma Nota 5 entre todos os cursos de engenharia mecânica no Brasil (1º lugar na métrica Conceito de Curso). “Temos certeza de que nosso ensino em simulação numérica foi um dos fatores que contribuíram para esses excelentes resultados”, diz o Dr. Lima. Ao equipar os estudantes com essas habilidades de alta demanda, a universidade continua a capacitá-los para resolver os desafios complexos que enfrentarão em suas carreiras.
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