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Finalista 2020
Brasil
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#Meioambiente

STEAM na prática: água tratada para todos

Relato enviado pelo(a) Professor(a)

Edson Anício Duarte

Escola

IFSP - CAMPINAS Campinas, São Paulo, Brasil

Composição da equipe do projeto

Camila dos Santos Oliveira, Endriely Peres Fernandes, Monyque Karoline de Paula Silva, Noah Serrati Moreno, Vinícius dos Santos Ribeiro

Idade dos estudantes

15 a 17 anos, 18 a 20 anos

Outras áreas de conhecimento

Geografia, Ciências Sociais ou Sociologia

Duração do projeto

Um semestre

Habilidades socioemocionais

Áreas STEM

Ciências, Engenharia, Matemática, Tecnologia
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Empatia: aprendendo com os valores e necessidades das pessoas

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.

Definição: entendendo melhor os desafios

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.

Ideação: desenvolvendo soluções criativas

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.

Protótipo: tornando as ideias tangíveis

A construção do protótipo

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

Teste: colocando as ideias no mundo

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.

Reflexões e práticas pedagógicas

O valor da participação no Samsung Solve for Tomorrow

Este processo mostra aos alunos que o estudo é importante e que eles são capazes de produzir benefícios para a sociedade. Nesta fase da vida destes jovens é importante que eles tenham feedbacks positivos e acreditem em seu potencial.

Conquistas e avanços percebidos pelo(a) professor(a), ao longo do processo

A autonomia e autoconfiança dos alunos foi um grande ganho.

Desafios enfrentados

Devido à pandemia, os principais desafios foram os encontros presenciais para a realização da montagem do protótipo, pois foram necessários vários testes de validação e compra de materiais. A aquisição de materiais de consumo na escola foi um desafio, uma vez que não existem peças disponíveis para este fim. A solução encontrada foi a utilização de materiais recicláveis e a compra de peças pelos integrantes do grupo. O trabalho em grupo é um exercício e um treinamento importante para formação dos alunos, e este tipo de projeto é um exemplo de que o trabalho em grupo traz uma sinergia para a conclusão do projeto e reforça, mais uma vez, que devido à pandemia boa parte dos trabalhos para a montagem do protótipo sofreram atrasos e nós do grupo não pudemos vivenciar esta sinergia na construção deste projeto que empolga a todos nós. O grupo também encontrou alguns caminhos para o desenvolvimento do protótipo que foram as vídeo chamadas e a possibilidade de focar mais na construção deste projeto mesmo que remotamente.

Aprendizados incorporados à rotina e prática do(a) professor(a)

Aprendizado que vale a pena o esforço no Solve for Tomorrow, pois este ano vejo cada vez mais alunos empenhados em desenvolver soluções e querendo participar do Solve for Tomorrow e de outras feiras, isso é a energia para a nossa prática docente.

Dicas do(a) Professor(a)

Vale a pena esta energia que nós depositamos nos alunos, o retorno recompensa muito.

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