Engenharia elétrica, microeletrónica e informática



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ENGENHARIA ELÉTRICA, MICROELETRÓNICA
E INFORMÁTICA
L. Q. Orsini, Out. 1994.

(Baseado em palestras proferidas no “4o Programa de Formação Pedagógica dos Docentes da UFSC”,. Florianópolis, e no “Pró-Elétrica 94”, Depto de Engenharia Elétrica, Escola da Engenharia da UFRGS)

1- A evolução da Engenharia Elétrica:

A Engenharia Elétrica descende em linha direta da Física do século XIX. Este fato a distingue das demais Engenharias, que incorporaram tecnologias multiseculares. Em conseqüência, embora a Engenharia Elétrica tenha por objetivos, como suas congêneres, “... a aplicação creativa dos progressos científicos para projetar ou desenvolver estruturas, máquinas, aparelhos, processos de manufatura ou de trabalhos, ... sempre objetivando uma determinada função, com economia de operação e segurança para a vida e propriedade ...”1 sua origem determinou um acoplamento com a ciência moderna mais forte que nos demais campos da Engenharia.

O desenvolvimento da Engenharia Elétrica começou, no século XIX, pela aplicação dos resultados científicos da Eletricidade e do Magnetismo a problemas práticos. Duas linhas profissionais logo se distinguiram a Eletrotécnica e a Eletrônica ou, na linguagem alemã, as tecnologias de Correntes Fortes e de Correntes Fracas. As tecnologias de ambas as linhas evoluíram a partir de um mesmo núcleo científico, mas segundo direções diferentes, até a primeira metade do século XX. A partir dos meados deste século, as duas linhas da Engenharia Elétrica, a Física e as Matemáticas entraram num processo sinergético de evolução, altamente benéfico para os três campos do saber. Deste processo resultaram novos campos profissionais, que extrapolavam as duas antigas linhas e cujas características próprias parecem, pelo menos em alguns casos, ter pouco em comum com a velha Engenharia Elétrica. Assim, por exemplo, o que há de comum nos trabalhos de um projetista de máquinas elétricas e de um engenheiro de “software”? Devem ambos classificar-se na mesma categoria profissional?
Este exemplo nos leva ás perguntas fundamentais:

O que é, hoje, a Engenharia Elétrica?


Se ela existe, como formar seus profissionais?
Procurando subsídios para a resposta a estas duas perguntas fundamentais, vamos examinar a evolução da Engenharia Elétrica, desde suas bases científicas, lançadas no século XIX até as práticas profissionais atuais, procurando explicitar as conseqüências dessa evolução na sua prática e no seu ensino.

Para sistematizar nossa exposição, vamos decompor o desenvolvimento da Engenharia Elétrica em três épocas distintas:


a) A era primordial, correspondente ao Século XIX, em que os recém-adquiridos conhecimentos físicos da Eletricidade e do Magnetismo foram colocados a serviço da sociedade;

b) A era clássica, em que a aplicação destes conhecimentos se consolidou e se expandiu, terminando por envolver toda a Terra com grandes sistemas de Potência Elétrica e de Telecomunicações;

c) A era moderna, em que a Engenharia Elétrica passou a contribuir de modo importante para o avanço do conhecimento científico e o seu desenvolvimento atingiu níveis inesperados, culminando com os progressos da Microeletrônica e da Informática. Estes progressos induziram uma verdadeira revolução tecno­social, contribuindo significativamente para a “terceira onda” de Toffler.2
Passemos a examinar, muito esquematicamente, os principais pontos destas três fases. Neste exame não cuidaremos das disputas de prioridade em torno das grandes invenções, tema que tem gerado inúmeras pendências acadêmicas e judiciais. Citaremos apenas aqueles cientistas ou inventores que tiveram papel preponderante na divulgação ou na industrialização dos principais inventos. O leitor que estiver interessado em mais detalhes históricos poderá consultar o livro de Whittaker3, que apresenta urna excelente e detalhada discussão do desenvolvimento teórico, ou o livro de Giorgi4, dedicado sobretudo ao desenvolvimento da Eletrotécnica e com forte ênfase nas contribuições italianas

2 - Os primórdios da Engenharia Elétrica:

Em seus primórdios, a Engenharia Elétrica estabeleceu-se, no século XIX, pela aplicação direta das novas descobertas nos campos da Eletricidade e do Magnetismo, mais tarde unificadas no Eletromagnetismo. Convém distinguir aqui duas linhas de desenvolvimento mais ou menos concomitantes que levaram, respectivamente, à criação das áreas de Telecomunicações e de Eletrotécnica.




  1. Telecomunicações:

Possivelmente a primeira utilização prática importante da Eletricidade foi no campo das comunicações telegráficas, marcada pela implantação dos primeiros sistemas telegráficos por S. Morse (aliás, um pintor sem muito sucesso), em 1832. Para isso, Morse inventou o código telegráfico que leva seu nome e sobrevive até hoje. Para evidenciar a inovação inerente a este código, basta lembrar que alguns sistemas de comunicações telegráficas, anteriores a Morse, propunham a alocação de um fio independente para a transmissão de cada letra do alfabeto!

Estabelecidos os circuitos telegráficos terrestres, a nova etapa dedicou-se a vencer os mares, mediante o lançamento de cabos submarinos. Assim, em 1850 é lançado o primeiro cabo submarino entre a Inglaterra e a França seguido, em 1865, pelo primeiro cabo transatlântico, lançado entre a Europa e os Estados Unidos, com a forte contribuição de Lord Kelvin.

Nesta época, os fenômenos de propagação de sinais em cabos não eram ainda bem conhecidos. Em particular, ficou famosa a polêmica entre Heaviside e W Preece, diretor dos Correios e Telégrafos da Inglaterra, que proibiu, durante algum tempo, a publicação de trabalhos de Heaviside que postulavam a existência de indutância em linhas de transmissão.

Esta compreensão só foi possível depois da grande síntese teórica de Maxwell (1867)5 - a Teoria Eletromagnética - verificada experimentalmente por H. Hertz6e complementada por Heaviside7, a quem se deve a equação dos telegrafistas.

Em 1875 a invenção do telefone por A. G. Bell (um fono-audiólogo) abre campo das comunicações telefônicas que, realmente, só se expandiu depois da aplicação das bases teóricas lançadas por Maxwell, Hertz e Heaviside.

Por volta de 1900 o campo das telecomunicações se amplia uma vez mais, a partir das experiências de rádio-comunicação feitas por Marconi. As rádio-­comunicações, inicialmente imperfeitas e inseguras (com os primeiros “rádio-­transmissores” construídos com alternadores eletromecânicos). só puderam desenvolver-se com o advento da Eletrônica, marcado pelas invenções do diodo (Fleming. 1904) e do triodo (Lee de Fon-ester, 1906) termoiônicos. Estas invenções marcam, a nosso ver, o fim da era primordial. Dai em diante, entra-se na era clássica, que vai perdurar até cerca de metade do século XX.



b) Eletrotécnica:

O inicio da Eletrotécnica pode situar-se na invenção e industrialização dos geradores e motores elétricos (W Siemens, 1859). A partir dai começam a se desenvolver, lentamente, os sistemas de geração, distribuição e utilização da energia elétrica. Edison, nos Estados Unidos, inventa a lâmpada incandescente com filamento de carvão (1879) e logo instala, em Nova Iorque, um sistema de geração e distribuição em corrente continua, sobretudo destinado à iluminação, com os aparelhos ligados em paralelo. Note-se que as lâmpadas modernas, com filamento de tungstênio, só apareceram 35 anos mais tarde.

A partir de 1870 a Engenharia Elétrica já é formalmente reconhecida como profissão. Começam a ser fundados os grandes institutos profissionais nos países mais adiantados em 1871, o “The Institution of Electrical Engineers” (IEE), na Inglaterra, em 1880, o “Eiektrotechnische Verein”, na Alemanha, em 1884, o “American Institute for Electrical Engineers” (AIEE), nos Estados Unidos. Estes institutos, sobretudo através de suas publicações, assumiram, nos anos seguintes, grande importância científica e técnica.

As invenções dos transformadores e das máquinas polifásicas (Tesla, 1887) fizeram com que logo os sistemas de corrente continua fossem substituídos pelos de corrente alternada. A compreensão dos novos circuitos de corrente alternada exigiu novos recursos teóricos: os conceitos básicos de fasores e impedância, criados por Kennelv e Steinmetz, por volta de 1893, introduziram a álgebra dos complexos na prática da Engenharia Elétrica

Nas décadas seguintes, já na era clássica, os sistemas de geração, distribuição e utilização de energia elétrica se expandiram por todo o mundo civilizado, aperfeiçoando-se notavelmente as tecnologias correspondentes.

Ao fim da era primordial a Engenharia Elétrica já estava estabelecida como profissão e dividida nitidamente em dois campos a Engenharia Eletrotécnica e a Engenharia de Telecomunicações (ou Engenharia de Rádio), representadas, nos países mais avançados, por associações profissionais distintas (como, por exemplo, o “American Institute for Electrical Engineers” (AIEE) e o “Institute for Radioengineers” (IRE), nos Estados Unidos). Já existia um número razoável de publicações técnicas especializadas, dentre as quais se destacavam as patrocinadas pelos grandes institutos profissionais.



2 - A era clássica da Engenharia Elétrica:

A era clássica da Engenharia Elétrica, iniciou-se junto com o século XX, a partir da invenção das primeiras válvulas eletrônicas a vácuo, e se estendeu até a invenção do transistor (1948). Foi essencialmente uma época de consolidação e ampliação dos resultados fundamentais obtidos na era primordial e marcada, sobretudo, pelo grande progresso da Eletrônica. Com poucas, mas importantes, exceções, os grandes progressos alcançados nesta era foram basicamente quantitativos, no sentido em que nela não ocorreram mudanças essenciais nas bases da Engenharia Elétrica. Esta afirmação não implica, evidentemente, em menosprezar o grande progresso técnico ocorrido nesse período, mas apenas em afirmar que esse progresso foi uma conseqüência direta dos fundamentos já lançados no século XIX.

Assim, no caso da então chamada Engenharia de Rádio, consolidou-se a Eletrônica, baseada na tecnologia das válvulas termoiônicas. Os eletrodos dos triodos originais se multiplicaram, aparecendo tetrodos, pentodos, hexodos e heptodos. Outras classes de válvulas também apareceram, tais como as válvulas de raios catódicos, válvulas de alta potência para transmissores e para aplicações industriais, válvulas especiais para microondas e muitas outras. Quase todas usavam a emissão termoiônica, como os modestos diodos e triodos originais. Os desenvolvimentos da Eletrônica permitiram que as comunicações telegráficas, telefônicas e as rádio-comunicações se desenvolvessem extraordinariamente Popularizou-se a radiodifusão e, ainda sob forma incipiente, apareceu a televisão. Desenvolveu-se também a Eletroacústica e a Eletrônica de Potência começou a obter seus primeiros resultados importantes.

Mas todos estes importantes avanços se basearam seja sobre a Teoria Eletromagnética, seja sobre as descobertas da Física do século anterior e utilizaram recursos matemáticos clássicos, como o Cálculo Diferencial e Integral e a Teoria das Equações Diferenciais. Como novidades matemáticas, difundiu-se o emprego do Cálculo Vetorial e apareceu o Cálculo Operacional, ambos fortemente patrocinados por Heaviside. Os “engenheiros de rádio” deste período, por sua vez, aplicaram resolutamente a Análise de Fourier aos seus problemas de circuitos elétricos e de processamento de sinais para as rádio-comunicações, reforçando a importância das funções de variáveis complexas e ampliando assim o interesse do campo complexo, já introduzido na Eletrotécnica por Kennelly e Steinmetz. Na década de 30, o Cálculo Operacional de Heaviside foi rigorizado, com o beneplácito dos matemáticos, através da Transformação de Laplace8, que passou a ser a ferramenta básica não só para o cálculo de fenômenos transitórios como, também, para a extensão de conceitos básicos, tais como o de função de transferência, a todo o plano complexo.

Com este novo ferramental matemático desenvolveu-se a síntese de circuitos passivos, destacando-se as contribuições de Cauer, na Alemanha, e de Darlington, nos Estados Unidos.

Com os avanços da Eletrônica e das rádio-comunicações, as limitações introduzidas pelos ruídos elétricos e pelas interferências na transmissão de sinais tomaram-se patentes. Para o seu estudo, os engenheiros de rádio tiveram de ampliar seus conhecimentos nos campos da Probabilidade e da Estatística.

Os progressos tecnológicos alcançados na era clássica possibilitaram uma grande expansão dos Sistemas de Comunicações, que passaram a abranger todo o globo terrestre. Assim, por volta de 1950 podia-se telefonar para a maioria dos países do mundo, desde que se tivesse a paciência para esperar condições favoráveis de propagação ionosférica (e que se tivesse condições de pagar o custo elevado!).

Convém destacar também os grandes progressos científicos e tecnológicos decorrentes das imposições da Segunda Guerra Mundial. Três campos se destacaram: a aplicação bélica da energia nuclear, o desenvolvimento de foguetes e mísseis teleguiados e dos radares a microondas. Na duração do conflito, no entanto, todos esses desenvolvimentos foram mantidos secretos, de modo que sua influência no desenvolvimento da Engenharia Elétrica só se fez sentir na época moderna. Para Citar um exemplo da amplitude do trabalho desenvolvido, basta lembrar que só as pesquisas do “Radiation Laboratory” do MIT sobre Eletrônica, Telecomunicações e Controle foram publicadas, a partir de 1948, numa série de 28 grossos volumes!

Também do lado da Eletrotécnica o progresso tecnológico foi rápido. Os sistemas de geração, transmissão, distribuição e utilização da energia elétrica se expandiram por todo o mundo. O uso da energia elétrica tornou-se seguro e econômico, com importantes conseqüências para nossa civilização. Também aqui, este progresso se baseou nas conquistas básicas do século anterior, sem novidades qualitativas importantes. Mas o desenvolvimento destes grandes sistemas criou também novos problemas como, por exemplo, o da sua estabilidade, que só seriam resolvidos na era seguinte.

Em conclusão, podemos afirmar que o progresso teórico e prático da Engenharia Elétrica na era clássica, seja do lado da Eletrotécnica, seja do lado da Eletrônica, decorreu, essencialmente, da aplicação intensiva de resultados provenientes da era anterior. Algumas exceções a esta afirmação nos ocorrem o inicio, ainda tímido, da Teoria de Controle, então designada como Teoria dos Servomecanismos e a introdução da Álgebra de Boole na Engenharia Elétrica. De fato, resultados matemáticos fundamentais para a Teoria de Controle, devidos sobretudo a Poincaré e Liapounov só foram efetivamente incorporados à Engenharia Elétrica na era seguinte. Ainda no fim desta era, Wiener9 estende o conceito de realimentação, criando a Cibernética. Uma antevisão do que estava por vir no campo digital foi dada num trabalho de Shannon, em 193810 (sua tese de doutorado), que aplicou a Álgebra de Boole ao cálculo de circuitos a relés, prenunciando assim o grande campo dos circuitos de chaveamento.

Para situar o desenvolvimento da Engenharia Elétrica nessa era em relação à situação atual, convém lembrar que, lá pela década de 40, um engenheiro eletricista (eletrotécnico ou eletrônico) consciencioso podia dominar o estado da arte de sua profissão estudando talvez uma dezena de livros e manter-se razoavelmente atualizado lendo duas ou três boas revistas técnicas por mês. Esta foi a época de ouro dos manuais (“handbooks”). Hoje em dia o domínio da Engenharia Elétrica por uma só pessoa, ou a sua compilação num só livro, é absolutamente impossível: só o IEEE (americano) publica atualmente cerca de 100 periódicos distintos!

Muito diversa foi a evolução da Ciência, sobretudo da Física, durante a era clássica da Engenharia Elétrica. Uma grande revolução ocorreu, com as aparições sucessivas da Teoria da Relatividade, da Mecânica Quântica, da Física Nuclear, da Física do Estado Sólido e da Ciência dos Materiais. Esta revolução, no entanto, só irá repercutir de modo importante na prática da Engenharia Elétrica a partir da segunda metade do século, lançando-a na era moderna. Mas este é assunto para o tópico seguinte.



3 - A era moderna da Engenharia Elétrica:

A era moderna da Engenharia Elétrica caracteriza-se por uma verdadeira explosão científica e tecnológica, dominada pela Informática e pela Microeletrônica. Aqueles que, como o autor, completaram seus estudos na era clássica mas exerceram a profissão na era moderna, estão numa posição privilegiada para avaliar a amplitude dessa revolução.

A Microeletrônica originou-se da Eletrônica, a partir da invenção do transistor de pontas, por volta de 1948. Seguem-se, como pontos altos, a invenção dos transistores de junção e de efeito de campo (Shockley, 1951, 1952). Os primeiros transistores, realizados na tecnologia do germânio, eram bastante limitados. Só com a introdução da tecnologia do sílicio, dos transistores planares (Noyce e Kilby, 1959) e dos processos fotolitográficos de fabricação, na década seguinte, puderam os transistores realizar suas possibilidades. Já nos primeiros anos dessa década os fabricantes japoneses invadiram o mundo com seus pequenos rádios de pilha, muito mais baratos que os rádios a válvulas.

Nas décadas seguintes os transistores e os muitos dispositivos a estado sólido deles derivados (FET’s, MOSFETS’s, CMOS, ...) foram integrados numa só peça de silício, primeiro em circuitos integrados em pequena escala como, por exemplo, nos primeiros amplificadores operacionais integrados, e passando logo a integração em larga escala (circuitos em VLSI) que, por sua alta confiabilidade, baixo custo e pequeno consumo de energia propiciaram grande redução de Custo e aumento da eficiência nos equipamentos eletrônicos. Muito especialmente, os circuitos integrados possibilitaram a grande expansão da Informática.

Paralelamente ao desenvolvimento da Microeletrônica, a Informática avançava. Às antigas máquinas calculadoras (descritas por Hartree em 195011) sucedem-se os primeiros computadores eletrônicos baseados na máquina de Turing e no conceito de programa armazenado, de von Neumann. Assim, em 1951 instala-se no laboratório de Los Alamos o computador MANIAC, com mais de 3000 válvulas eletrônicas e capaz de somar dois números de 12 dígitos decimais em 2,10-5 segundos! No mesmo ano, a IBM lança o primeiro computador comercial, o UNIVAC, também a válvulas. É desnecessário dizer que as boas calculadoras portáteis atuais superam esses desempenhos. Este é um exemplo do máximo que se podia conseguir na tecnologia das válvulas eletrônicas.

Os computadores só se tomaram poderosos, práticos, econômicos e confiáveis com a utilização dos circuitos integrados e muito desenvolvimento tecnológico paralelo. Para citar mais dois exemplos do início da década de 70, que ilustram a evolução tecnológica, o muito prestigiado (na época!) computador IBMI 130, já com dispositivos semicondutores, mas sem circuitos integrados, tinha 16 Kb de memória, expansíveis até 32 Kb. Na mesma época, a primeira unidade de disco magnético rígido que apareceu no Departamento do autor pesava algumas dezenas de quilos e era selada, pois funcionava em atmosfera de hélio. Junto com a máquina vinha uma pequena garrafa do gás, para reabastecimento.

Estes exemplos devem ser contrastados com os ubíquos microcomputadores atuais: memórias de dezenas de megabytes, discos rígidos magnéticos com capacidades da ordem do gigabyte e preços correspondentes a uma pequena fração dos equipamentos citados no parágrafo anterior. Com o emprego dos discos digitais compactos, originários da Audio-técnica, estas capacidades estão sendo multiplicadas por uma ou duas ordens de grandesa. Em suma, hoje o engenheiro dispõe, em seu escritório, em sua residência ou mesmo em seu carro, de uma capacidade computacional comparável à dos grandes computadores de duas décadas atrás.

Cumpre notar que este progresso foi conseguido à custa de muita pesquisa, não só em Microeletrônica ou Informática como, também, em áreas muito variadas, tais como a Eletrônica dos Semicondutores, a Microeletrônica, a Ciência dos Materiais, a Ciência da Computação e muitas outras.

Mas os componentes mais importantes desse progresso devem-se à interação da Microeletrônica e da Informática, a primeira fornecendo circuitos integrados em larga escala cada vez mais baratos, mais confiáveis (os primeiros grandes computadores a válvulas raramente operavam mais de 10 minutos sem manutenção!), mais rápidos e com menor consumo de potência, e a segunda desenvolvendo métodos de programação cada vez mais eficientes, confiáveis e rápidos (por volta de 1950 alguns matemáticos, baseados nos algoritmos então existentes predisseram que seria impossível resolver numericamente, com precisão, sistemas lineares com mais de 50 equações, hoje resolvem-se sistemas com milhares de equações!). Dos computadores primitivos das décadas de 60 ou 70 chegamos agora aos supercomputadores, com capacidades inimagináveis há 20 anos.

Além disso, a integração dos dispositivos semicondutores permitiu a aplicação prática e econômica da Teoria de Controles, sobretudo depois do aparecimento dos microprocessadores e dos microcontroladores. Estes microcircuitos ocasionaram profundas modificações em praticamente todo o campo da Instrumentação e dos Controles. Aparecem hoje em aplicações domésticas comuns, como os fornos de microondas ou lavadoras de roupas, até sistemas tecnológicos elaborados, como os grandes aviões ou naves espaciais.

Em 1977 aparecem os primeiros microcomputadores pessoais, considerados como pouco mais do que brinquedos. Todos sabem que hoje, passados pouco mais de 15 anos, os microcomputadores se transformaram numa ferramenta indispensável aos engenheiros.

Campos totalmente novos, como os das Redes Neurais e dos Sistemas Nebulosos (“Fuzzy Systems”), nascidos no âmbito da Engenharia Elétrica nos últimos anos, começam a ter numerosas aplicações práticas.

Outro grande evento ocorreu no principio desta era: o lançamento do primeiro satélite artificial, o “Sputnik”, em 1957. Abriu-se assim a corrida espacial e, com ela, uma nova era para as Telecomunicações e para os Controles. Poucas décadas após, redes de satélites integram circuitos de comunicações que cobrem o mundo, possibilitando ligações telefônicas, televisivas e de transmissão de dados internacionais, interligação de computadores distantes, sistemas de navegação e de localização estendidos a toda a Terra. Por outro lado, as ações de controle passaram a ser executadas sobre objetos situados a distâncias planetárias, como nas sondas espaciais e nos dispositivos de exploração espacial.

O lançamento do primeiro satélite teve uma conseqüência imprevista: o mundo ocidental, surpreso, tomou conhecimento dos avanços russos da Teoria de Controles, e procurou integrá-los à ciência e à tecnologia ocidentais. Como resultado dessa integração surge, na década de 60, a Teoria de Sistemas que, unida à Cibernética de Wiener, tomou corpo e se estendeu para áreas científicas muito distantes, tais corno as ciências biológicas, econômicas ou sociais.

Todos estes avanços da Engenharia Elétrica refletiram-se também na área da Eletrotécnica. Em primeiro lugar, os avanços dos semicondutores permitiram sua aplicação aos sistemas de potência. Assim, o Brasil tem hoje os que são, provavelmente, o maior retificador e o maior conversor a semicondutores do mundo: o retificador que transforma parte da energia gerada na usina de Itaipú em 50 Hz em corrente continua, para a transmissão em CC, e a conversão desta energia, nas vizinhanças de S. Paulo, a 800 km da usina original, em Corrente alternada de 60 Hz, para alimentação da grade do sistema do sudeste do Brasil. Mas não é só isso, os semicondutores substituem os coletores nas máquinas CC, controlam a velocidade da máquinas CA. Os recursos de Informática são amplamente utilizados no gerenciamento, no projeto e no desenvolvimento em todas as áreas de potência. A Teoria de Controle tornou-se fundamental para o controle destes sistemas, a tal ponto que os eletrotécnicos passaram a determinar o estado de seus sub-sistemas. Com isso, as áreas de conhecimento comuns entre Eletrônica e Eletrotécnica ampliaram-se enormemente, sobretudo no que diz respeito à Eletrônica, Informática e Controle. A divergência entre os dois campos, caraterística das eras primordial e clássica, transformou-se numa convergência.

A evolução e disponibilidade de computadores, estações de trabalho e microcomputadores modificou radicalmente a atividade de projetos, fundamental em toda a Engenharia. Em primeiro lugar, grande número dos projetos clássicos passaram a ser informatizados, resultando em mais eficiência, precisão e economia, em segundo lugar, apareceram projetos que só podem ser feitos em computadores, tais como os projetos de circuitos integrados em grande escala. Com isso, hoje todo o engenheiro projetista deve estar familiarizado com o uso do computadores e com os principais programas de sua área, sob pena de uma rápida obsolescência profissional.



4 - A diversificação e a reunificação da Engenharia Elétrica:

Grande parte dos progressos acima mencionados provieram diretamente do desenvolvimento da Engenharia Elétrica ou de campos científicos vizinhos, como a Física ou a Matemática. Numa ação de realimentação estes progressos tiveram forte influência em todos estes domínios.

Evidentemente, o primeiro resultado desse progresso foi uma enorme ampliação do escopo da Engenharia Elétrica, pela sucessiva incorporação dos novos campos abertos. Esta ampliação do escopo resultou numa grande diversificação e especialização dos campos de trabalho. Assim, no campo de Telecomunicações, apareceram os engenheiros de telefonia, de áudio, de televisão, de microondas e microeletrônica. Estes engenheiros são, sem dúvida, profissionais de telecomunicações e, embora com especializações muito diversas, certamente servem-se de um embasamento comum amplo. No caso da Informática, a situação é mais complicada, pois um engenheiro de “hardware” e um outro de “software” trabalham em campos muitos distintos, servindo-se de tecnologias também muito diferentes, mas todas originárias da evolução da Engenharia Elétrica ou a elas ligadas.

Esta ampliação e diversificação dos campos de trabalho poderia ter causado a subdivisão irreversível da Engenharia Elétrica em muitas novas engenharias. Além dos velhos engenheiros eletrotécnicos e eletrônicos, poderíamos ter um profusão de novos engenheiros: engenheiros de computação “hardware”, engenheiros de computação “software”, engenheiros de controle, engenheiros de sistemas, engenheiros de telefonia, engenheiros de microondas, engenheiros de eletrônica analógica, engenheiros de eletrônica digital, engenheiros de instrumentação, engenheiros nucleares, engenheiros mecatrônicos, engenheiros de automação, engenheiros biomédicos e muitos outros, o que poderia levar a uma pulverização da Engenharia Elétrica.

É interessante observar que esta tendência centrífuga no campo da especialização sabiamente não foi acompanhada pelas associações profissionais mais importantes. Ao contrário, o que nelas se verificou foi uma fusão dos velhos institutos profissionais. O exemplo mais marcante foi a fusão das instituições norte-americanas, em que o AIEE (Eletrotécnica) e o IRE (Eletrônica) se uniram, na década de 50, para formar um único instituto, o IEEE atual.. A diversidade das especializações é atendida pela estrutura desse instituto que é, atualmente, uma coligação de 35 sociedades. A Inglaterra, mais conservadora, permaneceu sempre com um só instituto, o IFF, também subdividido, atualmente, em várias seções.

Guiando-nos pela estrutura do IEEE, podemos definir a atual área de abrangências da Engenharia Elétrica pela união das áreas de abrangências de suas sociedades subsidiárias. Ficam assim contempladas todas as imagináveis subáreas, desde as clássicas (Power Eng , Communication) até as mais recentes (Nuclear and Plasma Sciences Robotics and Automation) ou as interdisciplinares (Systems, Man and Cybernetics Computers, Engineering in Medicine and Biology). Deixamos aqui os nomes das várias sociedades em inglês, para melhor preservar seu caráter.

Em conclusão, o que todas estas áreas de trabalho têm em comum é sua descendência em linha direta da antiga Engenharia Elétrica, dela conservando um núcleo de conhecimentos básico, gerado na Era Primordial. Partimos assim da Engenharia Elétrica clássica, constituída pelas linhas inicialmente divergentes dos eletrotécnicos e dos eletrônicos, para convergir numa Engenharia Elétrica Generalizada que abriga múltiplas áreas de especialização, todas fundamentais nos conhecimentos básicos da primeira era, mas que se expandem sobre as novas áreas geradas na explosão de conhecimentos da Era Moderna.
5 - O ensino da Engenharia Elétrica:

A evolução histórica da Engenharia Elétrica acima esboçada fornece dados importantes para a organização e compreensão dos respectivos currículos acadêmicos.

Os primeiros cursos de graduação em Engenharia Elétrica estabeleceram-se no inicio da era clássica, com conteúdos curriculares voltados para a Eletrotécnica. Na Europa muitos destes cursos se diferenciaram, já na era clássica, nas opções Eletrotécnica (Correntes Fortes) e Eletrônica ou Comunicações (Correntes Fracas). Nos Estados Unidos a evolução foi diferente, com prejuízo para a Eletrotécnica. Assim, como exemplo, a evolução do curso de Engenharia Elétrica no Massachusetts Institute of Technology (MIT) foi dividida em três períodos12: no primeiro (1900-1945) os cursos dirigiam-se à geração, distribuição e utilização da energia elétrica. O segundo período (1945-1965) preocupou-se sobretudo com o uso da eletrônica para comunicações, processamento de informações e controle. O terceiro período, de 1965 em diante, dedica-se aos computadores digitais, processamento digital de informação e tomada automática de decisões. Além do mais, segundo os mesmos autores, o conteúdo de matemática no curso não variou sensivelmente de 1900 a 1970.

De um modo geral, esta foi a tendência da evolução do ensino de Engenharia Elétrica nos Estados Unidos. Embora típico do pais, as mesmas tendências encontram-se praticamente em todo o mundo.


Os grandes problemas do ensino da Engenharia Elétrica são:

- como colocar toda a informação necessária num currículo de duração limitada;

- como manter atualizado o conteúdo dos cursos;

- como preparar os estudantes para acompanhar a evolução da profissão, após a conclusão de seu curso.


A solução destes problemas no âmbito dos cursos de graduação é impossível. É preciso complementá-los com cursos de pós-graduação, atualização e especialização. Comecemos tratando dos cursos de graduação.

Para discutir a organização dos cursos de graduação de Engenharia Elétrica, convém reunir suas disciplinas em quatro grupos distintos.


a) - Disciplinas científicas,

b) - Disciplinas nucleares;

c) - Disciplinas tecnológicas,

d) - Disciplinas complementares


Note-se que, de um modo gerei, esta subdivisão serve realmente para qualquer tipo de Engenharia. Vamos discutir brevemente as características de cada grupo, no caso específico da Engenharia Elétrica

a) As disciplinas científicas:

As disciplinas científicas do curso de Engenharia Elétrica caracterizam-se por sua grande permanência no currículo. Cálculo e Física, por exemplo, são ministrados desde os primeiros cursos do começo do século até hoje, embora com modificações nos programas. Sua utilidade estende-se aos estudos de pós-graduação, especialização ou atualização.

O conteúdo científico dos cursos de Engenharia Elétrica tem aumentado constantemente, não só em extensão como, também, em profundidade e refere-se sobretudo à Matemática e á Física. A razão deste aumento deve-se, originalmente á origem científica da Engenharia Elétrica e, mais recentemente, ao seu profundo relacionamento com o desenvolvimento científico.

O aumento do conteúdo científico tornou-se mais pronunciado na era moderna da Engenharia Elétrica. Alguns autores destacam a influência das pesquisas realizadas durante a 2a Guerra Mundial. Kline13, por exemplo, relata que “proeminentes educadores, como Frederik Terman da Universidade de Stanford, tendo observado físicos sobrepujarem engenheiros eletricistas em laboratórios militares durante a guerra, ao retomarem às suas universidades revisaram os programas de Engenharia Elétrica, introduzindo mais matemáticas, ciência e eletrônica no currículo”. Logo em seguida o mesmo autor afirma que, apesar de argumentos desse tipo, o papel da guerra não foi assim tão importante. De fato, mais importante foi a explosão de conhecimentos, certamente mais influenciada pelas pesquisas anteriores à guerra do que por aquelas com ela relacionadas.

Nos limites deste trabalho não cabe uma discussão dos tópicos científicos que devam (ou não) ser incluídos no currículo. Cumpre notar apenas que há duas modalidades extremas de inclusão aquela feita por grandes blocos de Matemática e de Física, concentrados nos primeiros semestres do curso, ou aquela em que estes blocos são reduzidos a um núcleo mínimo e os complementos científicos são apresentadas quando, e se, exigidos pelas disciplinas de Engenharia (apresentação “just-in-time”).Uma terceira possibilidade, que nos parece preferível, é um meio termo entre estas duas alternativas: uma apresentação compacta, mas densa, dos conceitos científicos fundamentais seguida, sempre que necessário, da introdução de extensões ou de tópicos específicos, incorporados às disciplinas de engenharia. Naturalmente, um currículo deste último tipo deve ser bem coordenado, para que se evitem repetições desnecessárias ou omissões.

Um dos problemas sérios que aparecem com a concentração de matérias científicas no inicio do curso diz respeito à possível desmotivação dos estudantes que, ansiosos por aprenderem “Engenharia”, ficam obrigados a estudar matérias científicas, que lhes parecem desvinculadas do campo escolhido. Este problema pode ser resolvido ou, pelo menos, amenizado, com a inclusão de algumas disciplinas que sirvam de “ponte” entre os campos científicos e a Engenharia Elétrica. Uma dessas pontes poderia ser constituída por uma disciplina de Introdução à Computação, em que a apresentação das bases científicas da disciplina fosse complementada com a apresentação e utilização de programas típicos de Engenharia Elétrica. Essa disciplina deveria também mostrar ao estudante a real necessidade de familiarizar-se com o uso eficiente dos recursos computacionais, sob pena de perder a competitividade profissional.



b) As disciplinas nucleares:

Estas disciplinas destinam-se a fornecer a formação básica da Engenharia Elétrica. O Instituto de Tecnologia de Massachussetts (M.I.T.), no inicio da década de 50 fundamentou o ensino de Engenharia Elétrica num conjunto básico de disciplinas teóricas obrigatórias para todos os estudantes, o “core-curriculum”. A primeira versão destas disciplinas nucleares saiu publicada a partir de 1960, tendo tido grande influência nas escolas de Engenharia de todo o mundo. Aparentemente, o conceito de “core-curriculum” permanece até hoje, embora seu conteúdo esteja bastante modificado em relação ao original. Assim, por exemplo, na instituição do autor, o currículo nuclear, obrigatório para todos os estudantes de Engenharia Elétrica compreende, atualmente, as seguintes disciplinas semestrais:


- Materiais Elétricos e Processos

- Circuitos de Chaveamento

- Introdução à Eletrônica

- Circuitos Elétricos I e II

- Eletrônica I e II

- Projeto Lógico Digital

- Eletromagnetismo

- Ondas e Linhas

- Sistemas e Sinais

- Controles I e II

- Conversão Eletromecânica de Energia
Como se depreende dos nomes, estas disciplinas devem fornecer uma formação teórica básica. Além disso podem (e devem) fornecer uma visão geral da Engenharia Elétrica, através de exemplos comentados de aplicações.


c) As disciplinas tecnológicas:

As disciplinas tecnológicas cabe a difícil tarefa de preparar o futuro engenheiro para o seu primeiro emprego. Assim sendo, sua escolha deve ser determinada pelas possibilidades do mercado de trabalho, por um lado, e pelas expectativas de progresso tecnológico, por outro.

Na instituição do autor, procura-se atender a estes requisites oferecendo pacotes de disciplinas optativas, com as seguintes orientações
- Telecomunicações

- Automação e Controle

- Computação

- Microeletrônica

- Energia e automação
Com estes pacotes procura-se dar ao estudante uma formação tecnológica nos aspectos atuais de cada uma das áreas.

Em cada pacote os estudantes devem apresentar um projeto de formatura no final do curso. Na medida do possível, este projeto de formatura exige a apresentação de um protótipo de laboratório, funcionando de acordo com as especificações do projeto. Com isto, dá-se aos estudantes uma informação tecnológica, talvez de pouca duração, mas adequada para dar-lhe confiança no seu primeiro emprego.


O desenvolvimento de um programa de graduação como acima descrito exige da instituição:

- laboratórios didáticos bem equipados e atualizados;

- laboratórios de pesquisa, para que os docentes possam desenvolver seus trabalhos de pesquisa, mantendo-se assim ao par dos desenvolvimentos científicos e tecnológicos em sua área;

- mecanismos de interação com o ambiente sócio-econômico local, para que os recém-formados possam encontrar localmente campo para aplicar seus conhecimentos e desenvolver sua competência.


Finalmente, o ponto de maior importância: um bom curso de graduação de Engenharia exige, como condição necessária (e as vezes até suficiente) um corpo docente qualificado, competente e dedicado. Sem isso, não há plano de ensino que salve o curso

6 - O ensino após a graduação:
O engenheiro eletricista obtém sua qualificação profissional ao completar o curso de graduação. No entanto, para se manter competitivo ao longo de sua vida profissional o engenheiro deve continuar seus estudos após a sua graduação.
Formalmente, há no Brasil três tipos de cursos para graduados

- cursos de pós-graduação

- cursos de atualização

- cursos de extensão.


Como este trabalho trata essencialmente do curso de graduação, vamos tratar muito sucintamente destes cursos, cujo conjunto constitui o sistema de educação continuada.

A pós-graduação em Engenharia Elétrica no Brasil é em geral considerada como mais uma etapa para a formação de docentes ou pesquisadores, no sentido que os títulos de mestrado e doutorado por ele fornecidos só são exigidos nas carreiras acadêmicas. Daí resulta a sua maior ênfase em tópicos científicos, essenciais aos futuros docentes ou pesquisadores. Com isso, muitos candidatos que a ela ocorrem, mal orientados, procurando aperfeiçoamento ou atualização profissional, logo se frustam e abandonam o curso.

Os outros dois tipos de curso, quando bem estruturados, destinam-se atualizar o profissional em relação aos progressos da Engenharia Elétrica, seja tratando de tópicos específicos que não constam do curso de graduação, seja introduzindo tecnologias mais recentes. Em conseqüência, os cursos de especialização e de atualização devem primar pela objetividade e pela conexão com o desenvolvimento profissional na área do interessado. Assim sendo, são especialmente interessantes os cursos desenvolvidos em colaboração entre empresa e escola de engenharia: a empresa determina os objetivos finais do curso e a escola determina o melhor caminho para atingir estes objetivos.

A experiência da Escola Politécnica da USP (EPUSP), sobretudo através da Fundação para o Desenvolvimento Tecnológico (FDTE) já mostrou que há um grande interesse em relação aos cursos de atualização ou de aperfeiçoamento. Para manter esse nível de interesse, é preciso que esses cursos mantenham uma grande objetividade e operem com grande eficiência.

Todas as escolas de engenharia devem se empenhar para estabelecer cursos de atualização e de aperfeiçoamento, atendendo aos requisitos acima e facilmente acessíveis aos seus ex-alunos. Com o auxílio destes cursos, um engenheiro poderá manter-se a par da evolução de seu campo tecnológico e melhorar sua competitividade no mercado de trabalho.
7 - Conclusão:
No início deste trabalho propusemos duas perguntas básicas:

- a) que é, hoje, a Engenharia Elétrica;

- b) como formar seus profissionais.
Como resposta á primeira pergunta, mostramos que a Engenharia Elétrica clássica, subdividida em Eletrotécnica e Eletrônica, ampliou-se para a Engenharia Elétrica Generalizada, que abrange, além dos dois campos básicos, as extensões decorrentes sobretudo dos avanços da Microeletrônica, da Informática e da Teoria de Controle, característicos da Era Moderna.

Os profissionais da Engenharia Elétrica Generalizada têm como patrimônio comum as conquistas científicas da Era Primordial. Da sua formação de graduação devem constar, em níveis diversos de acordo com a vocação da escola, as disciplinas científicas básicas e as disciplinas nucleares da Engenharia Elétrica, acima mencionadas. A nível de disciplinas tecnológicas, as várias especialidades desta Engenharia Elétrica Generalizada são bastante diversificadas, refletindo a diversidade da atuação nas várias subáreas profissionais.

Nos países mais desenvolvidos as múltiplas áreas de atividade da Engenharia Elétrica Generalizada estão abrigadas nos grandes institutos profissionais da Engenharia Elétrica.

Com relação à formação dos profissionais da Engenharia Elétrica, consideramos que ela apenas começa nos cursos de graduação e se estende, através da atividades de pós-graduação ou de educação continuada, por toda a vida útil do profissional. Algumas considerações foram feitas com referência ao currículo de graduação, dividindo as disciplinas componentes nas categorias de científicas, nucleares e tecnológicas, que devem ser harmonicamente estruturadas num bom currículo letivo.

Mas um bom currículo não basta para caracterizar um bom curso: a condição necessária básica é a existência de um corpo docente competente, qualificado e dedicado, operando numa instituição que lhes forneça condições adequadas tanto para o ensino como para o desenvolvimento de pesquisas.

Para a oferta de cursos de especialização ou de atualização, o corpo docente básico deve ser complementado por engenheiros que estejam em posição destacada no exercício da profissão e dispostos a compartilhar sua experiência com os colegas mais jovens.

Finalmente, notemos que a inserção de uma boa Escola de Engenharia exerce importante influência sobre o meio sócio-econômico circundante, a prazos médio e longo. Há exemplos brasileiros, pouco divulgados, mas extremamente marcantes14. Lembremos apenas o caso do Instituto Brasileiro de Aeronáutica, cuja implantação transformou uma área de economia agrícola decadente num pólo industrial de alta tecnologia, em menos de trinta anos.

Agradecimentos:

Agradeço aos professores C.I. Zanchin, da UFSC, e A.A. Suzim, da UFRGS, pelo convite para as palestras que deram origem a este trabalho.



Referências:

  1. Encyclopedia Brittanica, vol. 8, pg. 391. Chicago: W. Benton, 1971.

  2. TOFFLER, A., The Trird Wave. New York: Bantam Books, 1980.

  3. WHITTAKER, A., The History of the Theoriesof Aether and Electromagnetism, 2 vols. . Londres: T. Nelson & Sons, ed. revista, 1951.

  4. GIORGI, G., Verso l’Elettrotecnica Moderna. Milano: Tamburini, 1949.

  5. MAXWELL, J. C., Treatise os Electricity and Magnetism. Oxford, 1a ed 1873, rep 1937.

  6. HERTZ, H. R., Electric Waves (traduzido do Alemão). Londres: McMillan, 1900.

  7. HEAVISIDE, º, Electromagnetic Theory. New York: Dover, 1950(republicação).

  8. CARSON, J. R., Electric Circuit Theory and the Operational Calculus. New York: Chelsea, 1926, reimpr. 1953.

  9. WEINER, N., Cybernectics or Control and Communication in the Animal and the Machine. Paris: Hermann, 1948.

  10. SHANNON, C. E., “Symbolic Analisys of Relay and Switching Circuits”, Trans. AIEE, vol. 57, pgs. 713—723, 1938.

  11. HARTEE, D. R., Calculating Instruments and machines. Cambridge: University Press, 1950.

  12. DERTOUZOS, M. L., M. ATHANS, R. N., SPANN e S. J. MASON, Systems, Networks and Computation: Basic Concepts, pg 2. New York: McGraw-Hill, 1972.

  13. KLINE, R., “World War II: A Watershed in electrical Engineering Education”, IEEE Techn. And Society Magazine, Summer, 1994.

  14. RIZZI, P., M. S. MISKULIN, L. Q. ORSINI E L. PINGUELLI ROSA, “Graduate engineering Educations and research: The Brazilian Overview”, Inter-American Workshop on Graduate Engineering Education and Research, Final Report, American Society for Engineering Education, Washington, Jan. 1988.



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