Development of a didactic kit for studies of material resistance, with application in production engineering

Authors

  • Paulo Urbano Avila ESEG - Escola Superior de Engenharia e Gestão - Faculdade do Grupo Etapa Engenharia de Produção http://orcid.org/0000-0002-8268-5247
  • Luiz Carlos de Campos Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC/SP), São Paulo, SP https://orcid.org/0000-0002-2262-6747
  • Oscar João Abdounur Instituto de Matemática e Estatística, Universidade de São Paulo (IMEUSP), São Paulo, SP https://orcid.org/0000-0002-2800-0008
  • José Antonio Siqueira Dias Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC), Universidade de Campinas (Unicamp), Campinas, SP https://orcid.org/0000-0001-5660-7301
  • Manuel Antonio Pires Castanho Laboratório de Metrologia Mecânica / Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), São Paulo, SP https://orcid.org/0000-0002-3609-2301

DOI:

https://doi.org/10.14488/1676-1901.v21i3.4332

Keywords:

Research, Innovation, Engineering Teaching, Education and STEM.

Abstract

Within the universe of production engineering, the process of machining metallic materials and heat treatment causes residual stresses that can reach significant values and influence the durability of the various mechanical components. Defining the appropriate process for each application requires forecasting how high the voltage generated will be depending on the variables of the process used. In order to know the resulting stress values, it is necessary to measure them, for example, using experimental stress analysis, which consists of using strain gauges to measure deformations on a surface. Therefore, the objective of this article is to present the process of development and application of an educational didactic kit (KiDiTen®), version II, automated, in accordance with the training by competence in the research of teaching Engineering, using concepts of Physics, Mathematics and Theory of Elasticity, with the objective of taking the student to the elementary concept of mechanical stress, electrical stress and tensor of order 2. Methods such as Project-Based Education, Problem-Based Learning and STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) approach were used. It was proven that the adopted methodology was adequate, employing several test methodologies.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Paulo Urbano Avila, ESEG - Escola Superior de Engenharia e Gestão - Faculdade do Grupo Etapa Engenharia de Produção

➔ 30 anos de atuação no Centro de Desenvolvimento Tecnológico Mercedes Benz.
➔ 20 anos de atuação no Ensino Superior e Médio
➔ Coordenação de Laboratórios de Conforto Ambiental, Física Térmica e Stress_Strain
➔ Pertence ao quadro de autores da Editora SENAI


** Auxiliar da Justiça do TJSP ( Perito Técnico )
TRIBUNAL DE JUSTIÇA DO ESTADO DE SÃO PAULO




Formação Acadêmica

Doutorado: Programa de Pós-Graduação Interunidades em Ensino de Ciências
(IFUSP - PIEC - FEUSP - IMEUSP - Universidade de São Paulo - USP)
Junho, 2019
Pós-Graduação: Stricto Sensu, Mestrado em Engenharia Elétrica - Eletrônica
( eletrônica analógica, sensores, transdutores e microcontroladores )
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Março, 2012
Pós-Graduação: Lato Sensu, Magistério Ensino Superior.
Centro Universitário Belas Artes São Paulo
Setembro, 2013
Bacharel e Licenciado: Física
Pontifícia Universidade Católica de São Paulo - PUCSP
Dezembro, 1986
Iniciação Científica
Teoria da Relatividade e Eletromagnetismo
Instituto de Física Teórica de São Paulo
Prof. Dr. Gerson Francisco - IFTSP – UNESP – ICTP
SAIFR - South American Institute for Fundamental Research
UNESP 1985 -1986

Experiência na Indústria:

Mercedes Benz do Brasil Ltda - Físico Experiência Pleno
Março 1987 - Setembro 2012
➔ Atuação junto ao Centro de Desenvolvimento Tecnológico ( CDT ) , na área de
Engenharia Experimental, participando da pesquisa e do desenvolvimento de
novos produtos veiculares, testes, simulações computacionais térmicas - elétricas e
medições experimentais de diversas grandezas físicas. Estudos do Design,
Ergonomia e aplicação de Treinamentos.
➔ Coordenação de Laboratório Termo Físico (Conforto Térmico e Acústico)
➔ Parceria com FUNDACENTRO (Ministério do Trabalho) - Análise e Medição
de Conforto Stress Térmico
➔ Participação no Projeto UNI Convênio EESC – USP – Mercedes Benz
➔ Balanço Energético de Motores.
➔ Medições em Acústica, Stress Mecânico e Térmico, Vibração, Ergonomia,
Luminosidade, Rotação, Temperatura, Pressão, Vazão.
➔ Participação no Trabalho de Pesquisa e Desenvolvimento em “Conforto Térmico
Veicular” (Heat Stress and Thermal Comfort), através do convênio com a Escola
Politécnica da USP e IPT São Paulo

Experiência na Academia :

Professor na faculdade ESEG  ( atual )

➔ Secretaria da Educação do Estado de São Paulo: Professor Educação
Básica II (Física). 2014 - presente (efetivo com carga reduzida)
➔ FATEC - Professor de física aplicada à energia e projeto integrador. 2018-2020
➔ Centro Universitário Sumaré: Professor de física, matemática, inteligência
artificial e arquitetura de computadores. 2017 - 2019 (3 anos)
➔ Faculdade de Tecnologia SENAI: Professor de Sistemas Automotivos,
Tecnologia em Sistemas Automotivos e Pós Lato Sensu em Motores. (MCI).
2013 - 2016 (4 anos)
➔ Centro Universitário Belas Artes: Professor de Tecnologia. 2010 a 2016 (6
anos)
➔ UniABC: Professor de Física, Instrumentação e Matemática. 2007 a 2010 (4
anos)
➔ Uniban/Anhanguera: Professor em Graduação e Pós-Graduação em
Vibrações, Computação, Física das Radiações, Transferência calor,
Eletricidade, Matemática, Termodinâmica, Instrumentação, Ergonomia,
Acústica e Biofísica, Eng. Automobilística, Acústica, Conforto Térmico,
Ergonomia e Gestão, Design Automotivo e Metodologia Pesquisa Científica.
2001 a 2013 (12 anos)

Participações relevantes

Primeiro lugar Prêmio Ozires Silva de Empreendedorismo Sustentável e
Empreendedorismo na Educação (2014), com projeto: “Aspectos Educacionais de um
Sistema de Medição com Aplicações em Design Arquitetura e Engenharia: Abordagem
Didática de uma Maleta Portátil - SimuCal”.
Segundo lugar Prêmio Ozires Silva de Empreendedorismo Sustentável e
Empreendedorismo na Educação (2020), na categoria Educacional Pós Graduação, com
o projeto: “Efetividade de Estratégias Ressignificantes no Ensino Aprendizagem do
Conceito Tensão Mecânica e Tensor”
Participação no Comitê de Educação do Congresso SAE Brasil Society of Automotive
Engineers
Participação no Programa de Formação de Professores (PFP-FEUSP)
Participação no grupo de estudos da FEUSP: Seminários de Estudos em Epistemologia
e Didática (SEED); Seminários de Ensino de Matemática (SEMA)
Selecionado para participar do processo de construção do Exame Nacional de
Desempenho dos Estudantes – Enade 2017, exercendo o serviço de Elaboração de Itens,
na área de Física
Participação na elaboração no Projeto ENADE - Avanços tecnológicos, ciência,
inovação, tecnologia de informação e comunicação - Grupo UNIBAN e Anhanguera

Diversas orientações na formulação do TCC (Lato Sensu): Pós Eng. Automobilística,
Ergonomia e Gestão Qualidade - (Anhanguera e SENAI)
Membro do Centro de Estudos IPAE - Instituto de Pesquisas e Administração da
Educação
Membro efetivo da SBF (Sociedade Brasileira de Física), da ABENGE e da ABEPRO

Publicação de artigo nos anais do COBENGE 2018. XLVI Congresso Brasileiro de
Educação em Engenharia (COBENGE) e 1º Simpósio Internacional de Educação em
Engenharia da ABENGE.
Também publicado como capítulo de livro:
Engenharia no século XXI – 2019 - capítulo 13 - Editora Poisson Belo Horizonte
Publicação de artigo nos anais do COBENGE 2019. XLVII Congresso Brasileiro de
Educação em Engenharia (COBENGE) e 2º Simpósio Internacional de Educação em
Engenharia da ABENGE.
Também publicado como capítulo de livro:
Engenharia no século XXI – 2020 - capítulo 09 - Editora Poisson Belo Horizonte
Participação no grupo de estudos da FEUSP: Seminários de Estudos em Epistemologia
e Didática (SEED); Seminários de Ensino de Matemática (SEMA)
Selecionado para participar do processo de construção do Exame Nacional de
Desempenho dos Estudantes – Enade 2017, exercendo o serviço de Elaboração de Itens,
na área de Física
Participação na elaboração no Projeto ENADE - Avanços tecnológicos, ciência,
inovação, tecnologia de informação e comunicação - Grupo UNIBAN e Anhanguera

Diversas orientações na formulação do TCC (Lato Sensu): Pós Eng. Automobilística,
Ergonomia e Gestão Qualidade - (Anhanguera e SENAI)
Membro do Centro de Estudos IPAE - Instituto de Pesquisas e Administração da
Educação
Membro efetivo da SBF (Sociedade Brasileira de Física)
Publicação de artigo nos anais do COBENGE 2018. XLVI Congresso Brasileiro de
Educação em Engenharia (COBENGE) e 1º Simpósio Internacional de Educação em
Engenharia da ABENGE.
Também publicado como capítulo de livro:
Engenharia no século XXI – 2019 - capítulo 13 - Editora Poisson Belo Horizonte
Publicação de artigo nos anais do COBENGE 2019. XLVII Congresso Brasileiro de
Educação em Engenharia (COBENGE) e 2º Simpósio Internacional de Educação em
Engenharia da ABENGE.
Também publicado como capítulo de livro:
Engenharia no século XXI – 2020 - capítulo 09 - Editora Poisson Belo Horizonte

Livros publicados:

Dinâmica e desempenho veicular.
1. ed. São Paulo: SESI / SENAI, 2018. v. 1. 224p
ISBN 978-85-8393-952-8
Dr. Arley de Barros Lombardi Jr.
Dr. Paulo Urbano Avila
Me. Ronaldo Deziderio Prieto

Sistema de medição automotivo (simulação e calibração).
1. ed. Novas Edições Acadêmicas, 2017. v. 1. 128p .
ISBN 978-620-2-04472-1
Dr. José Antonio Siqueira Dias
Dr. Paulo Urbano Avila

Termometria Conceitos e Aplicações.
1. ed. São Paulo: Editora Érica - Saraiva 2010. v. 1. 120p
ISBN 978-85-365-0284-7
Dr. Arley de Barros Lombardi Jr.
Dr. Paulo Urbano Avila

Luiz Carlos de Campos, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC/SP), São Paulo, SP

Graduação em Física pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, Especialização em Física Nuclear pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, Mestrado em Física pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, doutorado em Tecnologia Nuclear - Aplicações, pela Universidade de São Paulo, Pós Doutorado em Projetos Interdisciplinares de Aprendizagem para a Educação em Engenharia pelo Centro de Investigação em Gestão Industrial e da Tecnologia (CGIT) da Escola de Engenharia da Universidade do Minho, Portugal, Aperfeiçoamento em Exploring Space: The Classroom Connection pela University of Alabama in Huntsville. Atualmente é pesquisador colaborador do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN/CNEN/USP, Professor Assistente Doutor do Departamento de Física da Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, Membro colaborador da equipe do Centro de Investigação CGIT (Centro de Gestão Industrial e de Tecnologia) na Fundação para Ciência e Tecnologia - FCT, Portugal, Avaliador Ad hoc de projetos na área de Educação em Engenharia (PBL) na Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG, Consultor Ad Hoc da Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco - FACEPE, Avaliador Institucional e de Cursos pelo Sistema Nacional de Avaliação da Educação Superior - SINAES, Avaliador/Auditor de Supervisão do SERES/MEC para Faculdades, Centros Universitários e Universidades, Avaliador de Cursos do CEE/SEE-SP, Membro do Comitê Científico do International Symposium on Project Approaches in Engineering Education (PAEE) - Universidade do Minho, Portugal, Membro do Comitê Científico do Active Learning Education (ALE) - Aalborg University, Membro do Comitê Científico do COBENGE - ABENGE, Membro do Comitê Científico da International Conference on Alive Engineering Education (ICAEEd), Reviewer da Revista Production Journal (ABEPRO), Coordenador da área Educação em Engenharia de Produção (SIMPEP - UNESP/Bauru), Líder do Grupo de Estudos e Pesquisas em Educação em Engenharia, na PUC/SP, (GEPEE), certificado pelo CNPQ. Revisor do periódico European Journal in Engineering Education (EJEE), Reino Unido, Revisor do periódico International Journal in Alive Engineering Education - Universidade Federal de Goiás.Tem experiência em Metodologias Ativas para a Educação em Engenharia.

Oscar João Abdounur, Instituto de Matemática e Estatística, Universidade de São Paulo (IMEUSP), São Paulo, SP

possui graduação em Engenharia Eletrônica pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (1986); mestrado em Matemática pela Universidade de São Paulo (1993); doutorado em Educação pela Universidade de São Paulo (1997); pós-doutorado em História da Ciência no Max Planck Institut für Wissenschaftsgeschichte em Berlim (2001), onde recebeu o prêmio Lorenz Krüger oferecido a pesquisas relacionando história e filosofia da ciência; e pós-doutorado em História e filosofia da ciência no Max Planck Institut für Wissenschaftsgeschichte (2008) em Berlim. Atualmente é professor associado/livre-docente (livre-docência em 2003) do Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo, onde coordena o grupo de pesquisa Epistemologia, Didática e História da Matemática; pesquisador visitante frequente no Max Planck Institut für Wissenschaftsgeschichte em Berlim desde 2001 para fins de desenvolvimento de projetos comuns relacionados ao Desenvolvimento Histórico das relações entre matemática e música, bem como à Globalização do conhecimento matemático; bolsista de produtividade do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico; consultor ad hoc da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, da Fundação de Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco; parecerista da revista da sbhc da Sociedade Brasileira de Historia da Ciencia; consultor ad hoc do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico -- CNPq -- e consultor ad hoc da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior ? CAPES. Tem experiência na área de História, Epistemologia e Didática da matemática, atuando principalmente nos seguintes temas: interrelações históricas entre matemática e música, história da matemática, teorias de razão e proporção, heurística e pensamento analógico, globalizacão e internacionalização do conhecimento matemático e educação matemática. Além disso, coordena o projeto da exposição entitulada "Matemática e Música" a ser realizada no Museu Parque Cientec, com apoio do CNPq como parte dos Projetos de Difusão e Popularização da Ciência e Tecnologia. Em 2012, foi promovido para Professor Associado 2 e em 2013, para Professor Associado 3 da Universidade de São Paulo.

José Antonio Siqueira Dias, Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC), Universidade de Campinas (Unicamp), Campinas, SP

possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas (1979), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas (1982) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas (1985), realizado em conjunto com o LAAS/CNRS -Toulouse, França. Professor da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) desde 1980 até 2015, onde aposentou-se. Atualmente é professor colaborador do Departamento de ISemicondutores, Instrumentaçao e Fotônica da FEEC/UNICAMP. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Instrumentação Eletrônica, atuando principalmente nos seguintes temas: circuitos eletrônicos analógicos e digitais, circuitos integrados analógicos, processamento de sinais em sensores a fibra óptica, sensores para agricultura, circuitos e componentes para Energy Harvesting e instrumentação eletrônica embarcada.

Manuel Antonio Pires Castanho, Laboratório de Metrologia Mecânica / Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), São Paulo, SP

Possui graduação em Tecnologia Mecânica pela Faculdade de Tecnologia de São Paulo Unesp (1989), mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais pela Universidade São Francisco (2003), doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas-Unicamp (2013). Atualmente é Pesquisador II do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Metrologia Mecânica, atuando principalmente nos seguintes temas: gestão, calibração, sistemas de medições, rastreabilidade e garantia da qualidade. Experiência área de materiais em Solidificação de metais e ligas nos seguintes temas: solidificação unidirecional de metais e ligas em regime transitório de extração de calor.

References

ÁVILA, P.U. Efetividade de estratégia ressignificantes no ensino-aprendizagem do conceito tensão mecânica e tensor, para o nível médio e superior. (Doutorado em Ensino de Ciências) - Instituto de Física, Universidade de São Paulo, 2019.

CAMPOS, L. C.; DIRANI, T.A.; MAIRINQUE, A.L. Educação em engenharia. São Paulo: Editora PUC – SP, 2011.

DEWESOFT. Monitoramento de condição: monitoramento da condição da máquina e manutenção preditiva. Acesso em 22 de março de 2021. Disponível em: https://dewesoft.com/applications/monitoring/condition-monitoring

FEYNMAN, R.P. Lições de física de Feynman. São Paulo, SP: Bookman, 2016.

FLEISCH, D.A. A student’s guide to vectors and tensors. Wittenberg University, Springfield, 2011.

HBM DO BRASIL. Soluções de medição- sensores HBM. Disponível em: https://www.hbm.com/pt/. Acesso em: 20 maio 2020.

HEIDEGGER, M. A questão da técnica. 2007. https://doi.org/10.1590/S1678-31662007000300006

HUSSERL, E. Conferências de Paris. Lisboa, LusoSofia, 1992.

KUHN, T.S. A tensão essencial: estudos selecionados sobre tradição e mudança científica São Paulo: Ed. Unesp, 1991.

MOSQUERA, J. J. M. Princípios da universidade no século xxi: universidade e produção do conhecimento: inovação e empreendedorismo na universidade. Porto Alegre: EDIPUCRS, p. 79–81, 2006.

OLIVEIRA, M.K. Vygotsky: aprendizado e desenvolvimento um processo sócio-histórico, São Paulo: Scipione, 2006.

OMEGA ENGINEERING INC, The pressure, strain and force handbook, Omega, Stamford, 1995.

PACCA, J.L.; SCARINCI ,A.L. Ensaio pesquisa em educação em ciências. Belo Horizonte,13, n. 1, 2011. https://doi.org/10.1590/1983-21172013130105

PACEY, A. The culture of technology. [S.l.]: MIT press, 1983.

PEIRCE, C.S. Semiótica e filosofia. São Paulo: Editora Cultrix, 1972.

PEREIRA, M.A.C. ; SANTOS, C.G.L. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PROJECT APPROACHES IN ENGINEERING EDUCATION MEDELLÍN, 42., 2014. [Anais...]. Colombia: PAEE, 2014.

PIETROCOLA, M. A matemática como estruturante do conhecimento físico. Caderno brasileiro de ensino de física, v. 19, n. 1, p. 93–114, 2002.

POWELL, P.C.; WEENK,W. Project-led engineering education (PLEE), Lemma Publishers, Utrecht, 2003.

SAMPAIO, R.; D´AGOSTINI NETO, A.; GOSSONI, H.C.; MARRAS FILHO, R.; ARAÚJO, PG.; ASSI, G. R. S.; CICOLIN, M. M. Comprehensive stay vane vibration analysis by means of numerical and experimental approaches. São Paulo: Universidade de São Paulo, 2020. https://doi.org/10.1088/1755-1315/774/1/012123

SÁNCHEZ, E. Tensores. Rio de Janeiro Interciência, 2007.

UENO, P.T.; SAAD, F.D. ; YAMAMURA, P. O cotidiano da física: leituras e atividades - terminologias, óptica, ondas. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2015.

WEENK, W. ; BLIJ, M.; PLEE, M. Methodology and experiences at the university of Twente. Sense Publishers, Rotterdam: 2012. https://doi.org/10.1007/978-94-6091-958-9_4

Downloads

Published

2021-09-20

How to Cite

Avila, P. U., Campos, L. C. de, Abdounur, O. J., Dias, J. A. S., & Castanho, M. A. P. (2021). Development of a didactic kit for studies of material resistance, with application in production engineering. Revista Produção Online, 21(3), 794–817. https://doi.org/10.14488/1676-1901.v21i3.4332

Issue

Vol. 21 No. 3 (2021)

Section

Papers

License

The Journal reserves the right to make spelling and grammatical changes, aiming to keep a default language, respecting, however, the style of the authors.

The published work is responsibility of the (s) author (s), while the Revista Produção Online is only responsible for the evaluation of the paper. The Revista Produção Online is not responsible for any violations of Law No. 9.610 / 1998, the Copyright Act.

The journal allows the authors to keep the copyright of accepted articles, without restrictions


 
This work is licensed under a Creative Commons License .