STEAM na prática: água tratada para todos

Objetivo do projeto, problema a ser resolvido e principais ações

O objetivo principal do projeto era desenvolver um sistema de tratamento de água armazenado em cisternas utilizando um sistema híbrido de aquecimento da água com controle eletrônico.

A utilização de cisternas para a coleta e armazenamento de água de chuva é uma realidade em quase todos os países do mundo. No Brasil a presença de cisterna pode ser evidenciada pelo programa P1MC. Estudos apontam a presença de contaminantes microbiológicos nesta água armazenada, que são potenciais causadores de risco à saúde das pessoas que a consomem. O acesso à água potável ainda é uma das principais causas dos problemas de saúde pública e absenteísmo escolar. Em várias regiões do país, a água para o consumo humano é armazenada em cisternas. Assim, a proposta é ter um sistema que realize o tratamento e a torne adequada ao consumo humano.

Os alunos participaram de uma maratona de desafios em uma feira de ciências, a FBJC, quando o grupo conheceu o projeto “AquaLuz”. O equipamento consistia em um sistema de potabilização da água que utilizava a radiação solar para fazer a desinfecção da água, a fim de qualificá-la para o consumo humano na região rural do semiárido.

Embora o dispositivo apresentasse bom funcionamento,  tinha problemas como a quantidade de água tratada por ciclo e a dificuldade de potabilização durante períodos com pouca incidência solar. À vista das dificuldades apresentadas, do problema da falta de água potável na região rural nordestina e da evasão escolar nas escolas dessa região, a equipe propôs o STEM na prática: água tratada para todos, que é um dispositivo de cunho social semelhante ao do projeto apresentado. Entretanto, este novo equipamento teria uma capacidade de potabilização superior, a fim de ser implementado para além de residências, isto é, nas escolas da região. Além disso, teria um sistema de aquecimento híbrido – poder&a acute; funcionar por meio de energia elétrica ou via energia proveniente da queima do carvão. O projeto trouxe uma proposta de acordo com os ODS da ONU, especificamente os objetivos 4 e 6. Ademais, o protótipo realizaria o monitoramento dos dados de potabilização na nuvem, enquadrando-se em uma proposta de IoT.

A iniciativa foi ideia dos jovens, que então me procuraram. Na escola trabalhamos com projetos integradores onde buscamos demandas reais, e assim incentivamos os alunos a observarem ao seu redor, procurando problemas e soluções. Desta forma os alunos trouxeram para a sala de aula propostas onde os professores e alunos procuraram soluções para estes problemas. No início do ano sempre apresentamos a proposta aos alunos de como será conduzida a disciplina.

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

Acesse os materiais e referências usados pelo(a) professor(a)

Aprofundamento na questão e envolvimento da comunidade escolar e local

Com os resultados dos anos anteriores e a divulgação dos resultados a comunidade escolar, pais e alunos aceitaram muito a proposta de mobilizar os alunos no desenvolvimento dos projetos, que em boa parte é uma introdução à Iniciação Científica.

Quando os alunos decidiram iniciar o projeto, começaram as fases de pesquisa, que é propriamente a iniciação científica, identificando melhor o problema, a sua abrangência e as possíveis soluções para o tratamento da água. Utilizou-se a metodologia de engenharia onde após a identificação do problema propõe-se uma solução técnica.

Pesquisou-se em sites, como ASA Brasil – responsável pelo programa P1MC (Projeto um milhão de cisternas), verificando a dimensão da proposta, abrangência da solução e quais locais poderiam ser beneficiados. Com o problema definido, discutiu-se qual seria a melhor técnica de desenvolvimento da solução, foi escolhido o processo térmico para o tratamento da água.

Para o aquecimento da água, foram propostas duas formas: uma com resistência elétrica e outra com a queima de carvão, de forma a conseguir maior alcance da aplicação, pois em algumas regiões do país não há eletrificação.

Elaborou-se o organograma para definição das funções de cada integrante e um cronograma para listar as atividades e prazos. Com o diagrama de blocos foi possível verificar como cada componente está interligado. Desenvolveu-se o esquema elétrico, programação, fluxograma do processo e montagem do protótipo.

Iniciou-se os testes do protótipo e análise dos resultados. Com as melhorias implementadas no protótipo foi iniciada a fase de validação do protótipo.

Espera-se poder tratar águas armazenadas em cisternas, águas de poço e de açude, por exemplo. Como funcionalidades adicionais podemos utilizar este dispositivo de IoT para monitorar os volumes de água tratada e armazenamento de dados na nuvem, uma vez que já existe um microcontrolador e este dispositivo tem esta capacidade de processamento.

O desenvolvimento da solução

Este é um projeto de STEM, em que foi necessário o aprofundamento dos conceitos teóricos de alguns componentes curriculares das ciências da natureza e das exatas, todas integradas com a área do curso de eletrônica, uma vez que este projeto tem o diferencial da automação que garante a eficiência do processo de potabilização.

De forma integrada serão trabalhados os seguintes componentes curriculares que fazem parte da nossa grade curricular: projeto integrador, Automação eletrônica, eletrônica analógica e digital, física, química, biologia, matemática e português.

Foram listadas as áreas dos conhecimentos a seguir:

• Biologia – estudo da microbiologia e estudo dos critérios para a potabilidade da água. Análise dos parâmetros que garantem a potabilidade da água (extra);
• Física – estudo da termometria e transferência de calor com o aquecimento de água – calor específico e latente, estudo das unidades de conversão de unidade. Cálculo da energia necessária para o aquecimento da água. Cálculo equivalente Joule e Caloria. Cálculo da potência elétrica e da energia elétrica consumida.
• Artes –  design externo do protótipo;
• Matemática – cálculo em planilhas para dimensionamento do equipamento;
• Eletrônica – automação e desenvolvimento do protótipo. Desenvolvimento de algoritmo para controle dos atuadores e armazenamento dos dados na nuvem;
• Química – estudo do poder calorífico do carvão e lenha. Integração da disciplina com a disciplina de física;
• Português – desenvolvimento do texto e redação técnica.
• Projeto integrador – na estruturação do projeto com a utilização de ferramentas de gerenciamento do tempo, recursos e risco do projeto, de simulação e prototipagem do projeto.

A construção do protótipo

Finalizamos o protótipo e ele se encontra operacional. Não foi realizada a implementação em campo.

Avaliação do processo e da solução desenvolvida

As avaliações foram necessárias para ter um controle de qualidade do projeto. Uma prática que utilizamos foram as reuniões semanais com a validação dos itens a serem apresentados pelo grupo e análise das melhorias a serem implementadas no projeto.

Esta dinâmica favorece o progresso do projeto e o grupo adquire autonomia.

Acesse os materiais e registros do grupo