“Engenheiros de fábrica de alimentos: um desafio de engenharia baseado em STEAM”

Para estudantes de 16 anos – Foco em Engenharia de Processos, Automação e Design Sustentável

🎯 Visão Geral do Jogo

Objetivo: As equipes atuam como Engenheiros de Processo de Alimentos e Bebidas, projetando e otimizando uma linha de produção para um produto alimentício (por exemplo, iogurte, suco, pão) usando princípios de engenharia, automação e sustentabilidade.

Integração STEAM (focada em engenharia):

🔧 Engenharia – Projeto de linha de produção, otimização de eficiência, automação
⚙️ Tecnologia – Sensores, robótica, IA na fabricação de alimentos
📊 Matemática – Análise de custos, dimensionamento de produção, cálculos de energia
🌱 Ciência – Química dos alimentos, microbiologia, termodinâmica
🎨 Artes – Design de embalagens, identidade de marca, interfaces ergonómicas de máquinas

🛠️ Estrutura do Jogo (Desafios de Engenharia)

1️⃣ Desafio 1: Projeto de Processo (Fluxograma & Engenharia de Sistemas)

Desafio:

• As equipas escolhem um produto alimentar (por exemplo, sumo engarrafado, barras de chocolate, batatas fritas).
• Você deve mapear um processo de produção (desde matérias-primas até embalagens) usando:
  • Fluxogramas (identificação dos pontos críticos de controlo)
  • Seleção de equipamentos (misturadores, pasteurizadores, transportadores, enchedoras)

Foco em Engenharia:
✔️ Produção Eficiente e Sem Desperdício (“Lean Manufacturing”) – Elimine a Análise de Perigos de Gargalos
✔️ Análise de Perigos e Controlo de Pontos Críticos (APPCC = Análise de Perigos e Pontos Críticos de Controlo) (HACCP – Hazard Analysis and Critical Control Points) – Identifique os Perigos de Segurança

2️⃣ Desafio 2: Automação e Robótica (Desafio de Mecatrónica)

Desafio:

• As equipas devem automatizar pelo menos uma etapa da sua linha de produção.
• Opções:
  • Braço robótico para embalagem (usando LEGO Mindstorms/VEX, se disponível)
  • Triagem baseada em sensores (por exemplo, separação de produtos defeituosos)
  • Sistema de enchimento automatizado (simulado com Arduino/Scratch)

Foco de Engenharia:
✔️ Programação PLC (PLC = Programmable Logic Controller; em português: CLP = Controlador Lógico Programável) (Lógica If/After para Máquinas)
✔️ Otimização da Eficiência (Redução do Tempo de Ciclo)

3️⃣ Desafio 3: Engenharia Sustentável (Energia e Redução de Resíduos)

Desafio:

• As equipas devem reduzir o consumo de energia ou o desperdício no seu processo.
• Exemplos:
  • Sistema de recuperação de calor (reutilização de energia a vapor)
  • Embalagens sem resíduos (biodegradáveis ou reutilizáveis)
  • Reciclagem de água em processos de limpeza

Foco de Engenharia:
✔️ Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) – Impacte ambiental
✔️ Cálculos de Eficiência Energética (poupança de kW/h)

4️⃣ Desafio 4: Custo e Escalabilidade (Engenharia Industrial)

Desafio:

• As equipas recebem uma restrição de orçamento (por exemplo, 100 000 €).
• Você deve calcular o RI (Retorno do Investimento; ROI = Return on Investment) para:
  • Novas máquinas vs. trabalho manual
  • Dimensionamento da produção (saída 10x — o sistema lida com isso?)

Foco em Engenharia:
✔️ Análise de Custo-Benefício
✔️ Balanço de Linha de Produção

🏆 Apresentação Final: “ Apresenta a tua fábrica”

As equipas apresentam a sua linha de produção de alimentos de engenharia a “investidores” (professores/pares), abrangendo:
✅ Eficiência do processo (Quão rápido você pode produzir?)
✅ Nível de automação (Onde aplicou robótica?)
✅ Melhorias de sustentabilidade (Redução de energia/resíduos)
✅ Relação custo-eficácia (cálculos de RI)

Critérios do vencedor:
🥇Projeto mais eficiente e automatizado
🥈Melhor solução de engenharia sustentável
🥉Plano de escalabilidade mais económico