Introdução à Mecânica dos Sólidos para engenheiros químicos
Autor: Danilo Ferreira Costa
No que se refere aos nichos de atuação e aos papéis que podem ser desempenhados no trabalho, o engenheiro químico é, provavelmente, o engenheiro com mais possibilidades de mercado e, portanto, necessita de um conhecimento amplo em diversas áreas da engenharia, como a elétrica, a mecânica e a civil. Não é à toa que os estudantes de engenharia química se deparam, ao longo do curso, com disciplinas como eletricidade, materiais de construção e mecânica dos sólidos, que, à primeira vista, parecem distantes da realidade desse profissional.
A mecânica dos sólidos é um ramo da ciência que reúne muitos conceitos da física e cujo papel é relacionar as cargas aplicadas sobre um corpo e as forças e deformações geradas sobre ele. Desse modo, o estudo desta área permite compreender como a ação de forças externas, como as variações de temperatura do meio, afeta estruturas sólidas.
O engenheiro químico que trabalha em plantas industriais acompanha todas as etapas do processo, assegurando a produtividade e a qualidade da produção. Para que o processo ocorra, os reagentes, intermediários e produtos passam por tubulações, tanques e outras estruturas que estão suscetíveis à ação de forças externas. Em alguns casos, essas forças podem danificar o material sólido e comprometer a produção. Logo, o profissional responsável por coordenar as atividades deve ser capaz de identificar e prevenir danos à estrutura o quanto antes, para evitar custos operacionais e garantir a segurança da equipe.
A avaliação da capacidade de carga suportada pela estrutura, as verificações de segurança e a definição dos materiais adequados ao projeto (incluindo dimensões e forma) são análises cruciais para solucionar problemas em plantas industriais.
Um dos princípios da mecânica dos sólidos é o conceito de equilíbrio. Dizemos que um corpo está em equilíbrio estático, quando a soma das forças atuantes em um dado ponto da peça é equivalente a zero, em todas as direções.
Uma forma de identificar as forças atuantes sobre um sólido é desenhar o seu diagrama de corpo livre, que consiste basicamente em mostrar de maneira organizada as forças que atuam em um corpo isolado, bem como as suas direções. Este artifício é muito útil em sistemas constituídos por muitas estruturas, pois permite o estudo individual de cada uma delas.
Outro conceito importante é o conceito de vínculo, que nada mais é do que o tipo de conexão entre as partes de uma estrutura ou entre a estrutura e o meio externo. O vínculo estabelecido afeta diretamente nas cargas reativas atuantes geradas pelas reações desenvolvidas, o que influencia na análise das forças. Nesse sentido, o conceito de graus de liberdade também tem grande relevância para a análise estrutural. Grau de liberdade é a quantidade de movimentos rígidos que o componente analisado pode realizar e que estão relacionados ao tipo de vínculo estabelecido.
A partir do conhecimento e da aplicação desses e de outros conceitos, é possível definir o conjunto das cargas que um corpo deve ser capaz de suportar, ao qual denominamos cargas ativas, que são classificadas de acordo com o modo de distribuição. Essas cargas podem ser concentradas, permanentes, fixas, móveis e a identificação de suas características e seu comportamento são essenciais para a avaliação da capacidade da estrutura.
Assim, o entendimento de aspectos básicos de mecânica dos sólidos é uma importante competência do engenheiro químico, que está diretamente ligada à segurança dos trabalhadores em uma indústria e à constância da produção. Confira aqui outros conteúdos produzidos pela Prisma Jr, que são voltados para o setor industrial e as diferentes áreas de atuação do engenheiro químico.
Referências:
http://www.alvaroazevedo.com/publications/books/Livro_MS_AA_1ed/MS.pdf
