A disciplina de programação de computadores, normalmente, costuma participar da rotina acadêmica do estudante de engenharia nos primeiros períodos. Como no início do curso muitos estudantes ainda estão descobrindo a graduação que escolheram cursar, muitas vezes é difícil enxergar profundamente a importância da programação.
No contexto de Indústria 4.0, programar pode ser uma importante habilidade na hora de enfrentar desafios nunca vistos antes. Por isso, vale a pena investigar um pouco mais sobre as possibilidades que este tipo de conhecimento oferece a engenheiras e engenheiros químicos.
Geralmente, o estudo das principais áreas de conhecimento específicas da engenharia química ocorre em um momento diferente do estudo dos conceitos das disciplinas de cálculo numérico e programação. Portanto, nem sempre as oportunidades de integrar todo esse conhecimento são aproveitadas da melhor maneira.
Todavia, isso não significa que essa combinação não seja interessante. A programação pode permitir a implementação de programas que aceleram e simplificam a resolução de diversos problemas físicos e químicos da engenharia de processos.
Usualmente, essa implementação é feita com base em métodos de cálculo numérico para a resolução de equações de alta complexidade. Você, muito possivelmente, já utilizou (ou deverá utilizar) um Runge-Kutta para resolver algum problema de valor inicial, um Newton-Raphson para encontrar a raiz de alguma equação complicada ou algum método de Euler para trabalhar com equações diferenciais na graduação.
A aplicação dessas metodologias na programação permite que, não somente soluções para sistemas com número elevado de dados sejam obtidas rapidamente, como também que os perfis de comportamento físico sejam melhor compreendidos. Afinal, as diversas linguagens de programação possuem ótimos recursos gráficos que permitem o estudo aprofundado dos sistemas.
Neste artigo, por exemplo, o problema da equação de calor em duas dimensões espaciais é resolvido utilizando Python. Na resolução é possível visualizar, inclusive, a evolução do perfil de temperatura com o tempo.
Você também pode ver como a programação oferece uma liberdade para se testar possibilidades que dificilmente seria possível caso essa ferramenta não estivesse disponível. Em mundo cada vez mais acelerado, a possibilidade de obter soluções rápidas tem tudo a ver com a Indústria 4.0, que é justamente o nosso próximo tópico.
A partir da Internet das Coisas (IoT) é possível fazer a conexão de sensores, dispositivos e equipamentos à rede. Por conseguinte, torres de controle que integram as cadeias de dados de logística, fornecimento e produção são possíveis e as tomadas de decisão nas fábricas podem ser aceleradas.
No entanto, a aceleração dessas decisões deve acompanhar a efetividade. À medida que o volume de dados industriais aumenta, também cresce o desafio de tratar e analisar esses dados de maneira adequada. Por isso, conhecimentos de ciência de dados são fundamentais para o melhor controle, otimização e sustentabilidade dos processos.
Além disso, o amadurecimento do Cloud Computing tem acelerado e facilitado a disponibilização de serviços em todo o planeta. Assim, a incorporação de produtos e processos digitais nas cadeias de produção industriais são cada vez mais parte do cotidiano da sociedade da informação.
Você já deve ter ouvido falar da ideia de carros, casas e até mesmo cidades inteligentes. É de se imaginar que o projeto, implementação e construção de cada um destes seja diferente do projeto, implementação ou construção dos carros, casas ou cidades convencionais.
Para atender às demandas para a entrega desses novos produtos, os profissionais de engenharia precisam estar capacitados para trabalhar com as tecnologias digitais que os compõem. Esta necessidade não é diferente para o engenheiro químico e os fundamentos para conhecimento e manipulação destas tecnologias envolvem as linguagens de programação.
A programação também oferece muitos recursos para a modelagem e simulação de processos. Essas ferramentas podem favorecer o desenvolvimento de muitos projetos mais econômicos e facilitar a implementação de melhorias na indústria. Elas também podem ser muito relevantes no meio acadêmico. Por isso, falaremos um pouco mais sobre o tema a seguir.
Neste contexto, a programação orientada a objetos oferece um conjunto amplo de ferramentas que favorecem trabalhos colaborativos, modelagem de sistemas complexos e a associação de diversos conceitos de engenharia. Este modelo de programação difere-se da programação estruturada, também muito útil para engenheiros e cientistas.
De maneira simplificada, a programação orientada a objetos (POO) é voltada para diversas classes que possuem características que definem um objeto real. Estas classes determinam o comportamento do objeto, e os estados possíveis desse objeto são definidos por atributos.
Um simulador que faz uso da POO é o EMSO (Environment for Modelling, Simulation and Optimisation). O EMSO é aberto e adequado para a modelagem de processos dinâmicos e estacionários, cuja biblioteca de modelos você pode ter acesso neste link.
Para aqueles que possuam afinidade com o Python, uma das linguagens mais populares atualmente, há o Pyomo. O Pyomo é um pacote de software de código aberto que oferece recursos de otimização para a formulação, resolução e análise de modelos.
Além destes, há várias outras opções disponíveis caso você tenha o interesse em conhecer mais sobre a modelagem e simulação de processos. A introdução dessas ferramentas no ensino de engenharia química tem sido discutida em periódicos ao redor do mundo e pode impactar significativamente a experiência dos estudantes.
Você deveria se juntar a essa discussão também. A programação é relevante para a formação do engenheiro químico? Mais importante, trata-se de um conhecimento que faz sentido para você e seus sonhos de carreira? Estas são algumas das questões que só você pode responder com propriedade neste assunto.
Meio ambiente: sustentabilidade e vida animal
Qual a primeira patente do Brasil?
Qual o problema com o teflon?
No contexto de Indústria 4.0, programar pode ser uma importante habilidade na hora de enfrentar desafios nunca vistos antes. Por isso, vale a pena investigar um pouco mais sobre as possibilidades que este tipo de conhecimento oferece a engenheiras e engenheiros químicos.
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| Imagem de Pexels por Pixabay. |
Métodos Numéricos na Engenharia Química
Vários problemas clássicos de engenharia química envolvem a solução de equações complexas. Contudo, o contato com os desafios relacionados à resolução dessas equações só ocorre na segunda metade do curso, quando a termodinâmica, os fenômenos de transporte, a cinética e as operações unitárias são apresentados aos alunos.Geralmente, o estudo das principais áreas de conhecimento específicas da engenharia química ocorre em um momento diferente do estudo dos conceitos das disciplinas de cálculo numérico e programação. Portanto, nem sempre as oportunidades de integrar todo esse conhecimento são aproveitadas da melhor maneira.
Todavia, isso não significa que essa combinação não seja interessante. A programação pode permitir a implementação de programas que aceleram e simplificam a resolução de diversos problemas físicos e químicos da engenharia de processos.
Usualmente, essa implementação é feita com base em métodos de cálculo numérico para a resolução de equações de alta complexidade. Você, muito possivelmente, já utilizou (ou deverá utilizar) um Runge-Kutta para resolver algum problema de valor inicial, um Newton-Raphson para encontrar a raiz de alguma equação complicada ou algum método de Euler para trabalhar com equações diferenciais na graduação.
A aplicação dessas metodologias na programação permite que, não somente soluções para sistemas com número elevado de dados sejam obtidas rapidamente, como também que os perfis de comportamento físico sejam melhor compreendidos. Afinal, as diversas linguagens de programação possuem ótimos recursos gráficos que permitem o estudo aprofundado dos sistemas.
Neste artigo, por exemplo, o problema da equação de calor em duas dimensões espaciais é resolvido utilizando Python. Na resolução é possível visualizar, inclusive, a evolução do perfil de temperatura com o tempo.
Você também pode ver como a programação oferece uma liberdade para se testar possibilidades que dificilmente seria possível caso essa ferramenta não estivesse disponível. Em mundo cada vez mais acelerado, a possibilidade de obter soluções rápidas tem tudo a ver com a Indústria 4.0, que é justamente o nosso próximo tópico.
Programação na Indústria 4.0
Tratamos sobre a indústria 4.0 em outra oportunidade neste blog. Lá, falamos sobre algumas tecnologias que, aplicadas à indústria, traziam muitas oportunidades de melhorias de processos.A partir da Internet das Coisas (IoT) é possível fazer a conexão de sensores, dispositivos e equipamentos à rede. Por conseguinte, torres de controle que integram as cadeias de dados de logística, fornecimento e produção são possíveis e as tomadas de decisão nas fábricas podem ser aceleradas.
No entanto, a aceleração dessas decisões deve acompanhar a efetividade. À medida que o volume de dados industriais aumenta, também cresce o desafio de tratar e analisar esses dados de maneira adequada. Por isso, conhecimentos de ciência de dados são fundamentais para o melhor controle, otimização e sustentabilidade dos processos.
Além disso, o amadurecimento do Cloud Computing tem acelerado e facilitado a disponibilização de serviços em todo o planeta. Assim, a incorporação de produtos e processos digitais nas cadeias de produção industriais são cada vez mais parte do cotidiano da sociedade da informação.
Você já deve ter ouvido falar da ideia de carros, casas e até mesmo cidades inteligentes. É de se imaginar que o projeto, implementação e construção de cada um destes seja diferente do projeto, implementação ou construção dos carros, casas ou cidades convencionais.
Para atender às demandas para a entrega desses novos produtos, os profissionais de engenharia precisam estar capacitados para trabalhar com as tecnologias digitais que os compõem. Esta necessidade não é diferente para o engenheiro químico e os fundamentos para conhecimento e manipulação destas tecnologias envolvem as linguagens de programação.
A programação também oferece muitos recursos para a modelagem e simulação de processos. Essas ferramentas podem favorecer o desenvolvimento de muitos projetos mais econômicos e facilitar a implementação de melhorias na indústria. Elas também podem ser muito relevantes no meio acadêmico. Por isso, falaremos um pouco mais sobre o tema a seguir.
Modelagem e simulação de processos
A modelagem e simulação de processos pode poupar o gasto com matéria-prima, reagentes, energia e equipamentos. Por conseguinte, abre portas para o estudo de projetos de maneira favorável economicamente e ambientalmente.Neste contexto, a programação orientada a objetos oferece um conjunto amplo de ferramentas que favorecem trabalhos colaborativos, modelagem de sistemas complexos e a associação de diversos conceitos de engenharia. Este modelo de programação difere-se da programação estruturada, também muito útil para engenheiros e cientistas.
De maneira simplificada, a programação orientada a objetos (POO) é voltada para diversas classes que possuem características que definem um objeto real. Estas classes determinam o comportamento do objeto, e os estados possíveis desse objeto são definidos por atributos.
Um simulador que faz uso da POO é o EMSO (Environment for Modelling, Simulation and Optimisation). O EMSO é aberto e adequado para a modelagem de processos dinâmicos e estacionários, cuja biblioteca de modelos você pode ter acesso neste link.
Para aqueles que possuam afinidade com o Python, uma das linguagens mais populares atualmente, há o Pyomo. O Pyomo é um pacote de software de código aberto que oferece recursos de otimização para a formulação, resolução e análise de modelos.
Além destes, há várias outras opções disponíveis caso você tenha o interesse em conhecer mais sobre a modelagem e simulação de processos. A introdução dessas ferramentas no ensino de engenharia química tem sido discutida em periódicos ao redor do mundo e pode impactar significativamente a experiência dos estudantes.
Você deveria se juntar a essa discussão também. A programação é relevante para a formação do engenheiro químico? Mais importante, trata-se de um conhecimento que faz sentido para você e seus sonhos de carreira? Estas são algumas das questões que só você pode responder com propriedade neste assunto.
Confira também:
Meio ambiente: sustentabilidade e vida animal
Qual a primeira patente do Brasil?
Qual o problema com o teflon?
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