STEM en la práctica: agua limpia para todos

Objetivo del proyecto, problema a resolver y principales acciones

El objetivo principal del proyecto fue el de desarrollar un sistema de tratamiento de agua almacenada en cisternas mediante un sistema híbrido de calentamiento controlado electrónicamente.

El uso de cisternas para recolectar y almacenar agua de lluvia es una realidad en casi todos los países del mundo. En Brasil, la presencia de cisternas puede ser evidenciada por el programa P1MC. Los estudios apuntan a la presencia de contaminantes microbiológicos en el agua almacenada que son posibles causas de riesgo para la salud de las personas que la consumen. El acceso al agua potable sigue siendo una de las principales causas de problemas de salud pública y ausentismo escolar. En varias regiones del país, el agua para consumo humano se almacena en cisternas. Así, la propuesta es contar con un sistema que realice el tratamiento y sea apta para el consumo humano.

Los alumnos participaron de un maratón de desafíos en una feria de ciencias, FBJC, donde conocieron el proyecto “AquaLuz”. El equipo consistía en un sistema de potabilización que utilizaba la radiación solar para desinfectar el agua de consumo humano en la región rural del semiárido.

Aunque el aparato funcionaba bien, presentaba problemas como: la cantidad de agua tratada por ciclo y la dificultad de hacerla limpiar en periodos de poca luz solar. Ante los problemas presentados respecto al dilema de falta de agua potable en la región rural del Nordeste y la deserción escolar en las escuelas de esta región, el equipo hizo una propuesta en la práctica STEM: “agua tratada para todos”, que es un dispositivo social similar al del proyecto conocido en la feria. Sin embargo, este nuevo equipamiento tendrá una capacidad de potenciación superior, para poder implementarlo más allá de las residencias; es decir, en las escuelas de la región. Además, tendrá un sistema de calefacción híbrido: puede funcionar con electricidad o con la energía de la quema de carbón. El proyecto trae una propuesta acorde con los ODS de la ONU, concretamente los objetivos 4 y 6. Además, el prototipo monitorizará datos de depuración de agua en la nube, encajándose en una propuesta IoT.

La iniciativa fue idea de los jóvenes, que luego vinieron a mí. En la escuela trabajamos con proyectos integradores donde buscamos demandas reales, por lo que animamos a los alumnos a mirar a su alrededor, procurando problemas y soluciones. De esta forma, los alumnos traen al aula propuestas donde junto a los docentes buscan soluciones. A principio de año, siempre presentamos una propuesta a los estudiantes sobre cómo se llevará a cabo la disciplina.

https://www.youtube.com/watch?v=ybI4v0A7124

Acceda a los materiales y referencias disponibilizados por el(a) profesor(a)

Profundización en el tema e involucramiento de la escuela y la comunidad local

Con los resultados de años anteriores y la difusión de los resultados a la comunidad escolar, padres y alumnos aceptan mucho la propuesta de movilizar a los estudiantes en el desarrollo de proyectos, que en gran parte es una introducción a la Iniciación Científica.

Cuando el grupo decidió poner en marcha el proyecto, se iniciaron las fases de investigación, que es propiamente la iniciación científica, identificando mejor el problema, sus alcances y posibles soluciones para el tratamiento del agua. Se utilizó la metodología de ingeniería, donde luego de identificar el problema se propone una solución técnica.

La investigación fue realizada en sitios como: ASA Brasil – responsable del programa P1MC (Proyecto un millón de cisternas), verificando la dimensión de la propuesta, el alcance de la solución y qué lugares podrían beneficiarse. Con el problema definido, se discutió cuál sería la mejor técnica para desarrollar la solución; se optó por el proceso térmico para el tratamiento del agua.
Para el calentamiento de agua se propusieron dos formas: una con resistencia eléctrica y otra con quema de carbón, logrando así un mayor ámbito de aplicación, ya que en algunas regiones del país no existe electrificación.

Se elaboró ​​un Organigrama para definir las funciones de cada integrante y un Cronograma para listar actividades y plazos. Con el diagrama de bloques se pudo verificar cómo se interconecta cada componente. Se desarrolló el esquema eléctrico, la programación, el diagrama de flujo del proceso y el montaje del prototipo.

Se iniciaron las pruebas del prototipo y el análisis de los resultados. Con las mejoras implementadas en el prototipo, se inició la fase de validación del prototipo.

Se espera poder tratar agua almacenada en cisternas, agua de pozos y represas, por ejemplo. Como características adicionales podemos usar este dispositivo IoT para monitorear volúmenes de agua tratada y almacenamiento de datos en la nube, puesto que ya existe un microcontrolador y este dispositivo tiene esta capacidad de procesamiento.

El desarrollo de la solución

Este es un proyecto STEM, en el cual fue necesario profundizar los conceptos teóricos de algunos componentes curriculares de Ciencias Naturales y Exactas, todo integrado con el área del curso de electrónica, ya que este proyecto tiene el diferencial de automatización que garantiza la eficiencia del proceso de potabilización.

De manera integrada se trabajaron los siguientes componentes curriculares que forman parte de nuestro plan de estudios: Proyecto Integrador, Automatización Electrónica, Electrónica Analógica y Digital, Física, Química, Biología, Matemáticas, Portugués.

Se enumeraron las siguientes áreas de conocimiento:

• Biología: Estudio de microbiología y estudio de criterios de potabilidad del agua. Análisis de los parámetros que garantizan la potabilidad del agua (extra);
• Física: Estudio de termometría y transferencia de calor con calentamiento de agua – calor específico y latente, estudio de conversión de unidades. Cálculo de la energía necesaria para calentar agua. Cálculo equivalente en julios y calorías. Cálculo de potencia y energía eléctrica consumida.
• Artes: Diseño de prototipos externos;
• Matemáticas: Cálculo en planillas para dimensionamiento de equipos;
• Electrónica – Automatización y desarrollo de prototipos. Desarrollo de algoritmos para control de actuadores y almacenamiento de datos en la nube;
• Química: Estudio del poder calorífico del carbón y la leña. Integración de la disciplina con la disciplina Física;
• Lengua Portuguesa: Desarrollo de textos y redacción técnica.
• Proyecto Integrador: En la estructuración del proyecto con el uso de herramientas de gestión de tiempo, recursos y riesgo del proyecto, simulación y prototipado del proyecto.

La construcción del prototipo

 

Terminamos el prototipo y está operativo. No se llevó a cabo la implementación en campo.

Evaluación del proceso y de la solución desarrollada

Las evaluaciones eran necesarias para tener un control de calidad del proyecto; una práctica que utilizamos fueron las reuniones semanales con la validación de los ítems a presentar por el grupo y análisis de las mejoras a implementar en el proyecto. Esta dinámica favorece el avance del proyecto y el grupo adquiere autonomía.

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