Objetos de Aprendizagem sobre Energias Renováveis em formato .gif

Usina Solar Pedagógica

Usina Solar Pedagógica

Projeto Usina Solar Pedagógica
Por Walder Antonio Teixeira

Introdução

O que é um uma Usina Solar?
Uma Usina Solar é uma usina de produção de energia elétrica que usa o Sol como fonte. Existem vários tipos de usinas solares (em inglês: Solar Power Plants):
Temos Usinas Solares que usam semicondutores que transformam a energia solar diretamente em eletricidade. Este tipo de tecnologia chama-se tecnologia fotovoltaica (Photovoltaic) ou simplesmente “PV”. Outro tipo de tecnologia de Usina Solar é a Usina Solar Térmica. Este tipo de tecnologia se divide em vários segmentos:

- Concentradores parabólicos.
- Torre Solar de aquecimento de fluídos.
- Torre Solar de aquecimento de ar.

Os concentradores parabólicos refletem a luz do sol para um ponto focal ou uma linha focal onde um fluido é aquecido. O fluido aquece água até a temperatura de ebulição, e o vapor gerado movimenta uma turbina. Esta turbina por sua vez, movimenta um gerador que produz eletricidade.
A Torre Solar de aquecimento de fluídos usa o mesmo método, com a diferença de usar múltiplos espelhos planos que orientam a luz do sol para uma torre. Esta torre aquece um fluído que por sua vez aquece aquece água gerando vapor que movimenta uma turbina que movimenta um gerador que produz eletricidade.
Este tipo de tecnologia, “as Torres Solares” evoluíram tanto, que já existem algumas que continuam funcionando até à noite.
Essas torres usam depósitos de sal fundido à altíssimas temperaturas. Esse depósito continua aquecendo serpentinas de água durante toda a noite produzindo vapor e conseqüentemente, eletricidade.

A tecnologia que usaremos em nosso projeto é a de PV, ou seja, tecnologia fotovoltaica. O sistema que construiremos no nosso projeto não é uma usina, mas um sistema de geração de energia com painel fotovoltaico que é semelhante aos sistemas que são usados em residências, edifícios e empresas. Esses sistemas podem ser ligados à rede de energia e fornecer energia à rede quando sua produção é maior que o consumo. Para o sistema ser ligado à rede, é necessário que o usuário pague pela instalação de outro relógio ou medidor que irá medir a sua produção de energia, e também o seu sistema deverá passar por uma inspeção para que a empresa de energia possa aprovar. Por fornecer energia à rede, o usuário poderá obter desconto em sua conta de energia.
A situação descrita acima, ou seja, com o usuário passando de consumidor para consumidor/produtor de energia, é algo novo e está descrita em uma Resolução Normativa da ANEEL.
A Resolução Normativa Nº 482 de 17 de abril de 2012, descreve as normas para as empresas e residências que quiserem produzir sua própria energia renovável e disponibilizá-la para a rede local e nacional de energia. Esta resolução serve tanto para placas solares como para geradores eólicos e mini-hidrelétricas.

Existe, portanto, a possibilidade da escola aumentar as placas e integrar-se à rede de energia elétrica da sua cidade. Assim, a escola pode, além de fazer um projeto pedagógico, fazer também um investimento que irá trazer retorno diminuindo a sua conta de luz. Depois de alguns anos, o investimento se paga.

Justificativa

A justificativa principal para implantar esse nosso projeto em uma escola, é mostrar ao aluno do terceiro ano do ensino médio, que está estudando eletricidade na disciplina de física, como funciona uma usina solar. Assim, abrimos uma discussão sobre a produção de eletricidade, e também sobre sustentabilidade pois a energia solar é uma energia renovável. A sustentabilidade tem caráter multidisciplinar e a física, uma disciplina tão isolada, insere-se com este projeto neste contexto multidisciplinar gerando discussões sobre matriz energética, poluição, efeito estufa, economia verde, etc.
É preciso lembrar que a sustentabilidade será o tema politico e econômico principal do século XXI, pois desse tema dependerá a nossa existência.

Objetivos

O principal objetivo ou objetivo geral deste projeto é propiciar ao aluno um contato com a área experimental no mundo da energia clareando o seu entendimento, tando com relação a eletricidade, como com a produção de energia renovável.
Os objetivos específicos são:

- Discutir sobre energias renováveis e seu papel para sustentabilidade nos três aspectos:

1.Sustentabilidade econômica.
2.Sustentabilidade social.
3.Sustentabilidade ambiental ou ecológica.

- Na disciplina “Física”, discutir e conceituar o funcionamento de uma célula fotovoltaica e o efeito fotoelétrico.
- Discutir e conceituar as tecnologias solares térmicas e o efeito estufa (Ecologia e Biologia).
- Com os materiais: Manipular, medir e calcular as potências, correntes e tensões dos componentes da nosso sistema de energia solar chamado de “Usina Solar Pedagógica”.

Duração das Atividades

Como as atividades incluem-se em um projeto de escola integral, elas serão realizadas no contra turno e não irão atrapalhar o andamento das aulas. Como só há um kit do material a ser usado, os alunos formarão grupos de no máximo cinco. Cada turma irá precisar de vários dias para que cada grupo faça o experimento. Depois do experimento, haverá encontros com todos os alunos para juntar os dados e fazer os gráficos, além de estudos teóricos sobre outras formas de energia solar, outras energias renováveis e a análise das contas de luz do colégio e dos alunos.
Tudo pode ser feito em um mês, totalizando umas 40 horas a 60 horas entre encontros teóricos dados pelos professores, trabalho em grupo e experimento.

Metodologia

Usamos o método da experimentação e manipulação com os objetos de estudo, aulas expositivas dadas por palestrantes ou professores e o trabalho em grupo.
Na nossa visão, é importante trazer para o ambiente escolar as relações econômicas, sociais e culturais em que o aluno vive. Então, baseado em algumas premissas de Paulo Freire, como a conscientização do aluno perante o meio social e político onde ele vive, a visão crítica e a idéia de que o saber está sempre em construção, tentamos, mostrar ao aluno a problemática do modelo energético e da matriz energética mundial e brasileira, e a participação e importância que ele, o aluno, poderá e pode ter neste processo.
O estudo da conta de luz da sua casa, a descoberta de que existe uma agência reguladora (ANEEL) para a qual ele pode, enquanto consumidor e cidadão, levar suas denúncias e reclamações em caso de abuso das empresas de energia, transforma esse nosso aluno de agente passivo a um agente ativo e questionador, ou seja, um verdadeiro cidadão.

Material Didático

O kit básico, além do projetor para dar uma palestra sobre energia solar, compõe-se de uma placa fotovoltaica, um inversor e alguns aparelhos de consumo para testes como um pequeno aparelho de som ou uma mini TV. Um multímetro se faz necessário para fazer as medições do sistema quando estiver em operação.
- Placa fotovoltaica de 30 a 50 W de potência e saída em torno de 12 Vcc.
- Inversor de 100 W ou mais, entrada de 12 Vcc e saída 127 Vca ou 220 Vca, 60 Hz.
- Multímetro analógico com testes para corrente, tensão e resistência.
- Papel milimetrado.
A placa fotovoltaica é conhecida como PV (do inglês Photovoltaic), ou tecnologia PV.
É preciso lembrar que a soma das potências, dos aparelhos que serão ligados ao mesmo tempo ao sistema, não ultrapasse a potência da placa. Por segurança, para ter certeza de funcionar, é melhor que os aparelhos de carga não ultrapassem a metade do valor de potência da placa, pois pode haver pouca luminosidade no dia, ou algum outro problema.

Sistema simples com placas e inversor 

O inversor de freqüência é um aparelho que transforma corrente contínua em corrente alternada na freqüência de 60 Hz, igual a corrente que temos em nossa rede pública de eletricidade. A entrada do inversor é por volta 12 Volts de corrente contínua e a saída pode ser de 120 ou 220 Volts de corrente alternada na freqüência de 60 Hz. 
Em um sistema mais aprimorado podemos usar um controlador de carga e uma bateria para que o sistema continue funcionando à noite. O controlador de carga abastece a bateria e fornece a tensão adequada à entrada do inversor.

Sistema com controlador de carga e bateria 

Procedimento

Antes de tudo é preciso discutir com a comunidade escolar a possibilidade de execução do projeto devido as suas características multidisciplinares. Todos devem participar da discussão, seja a direção da escola, os professores e os alunos.
As atividades começam com o professor e os alunos analisando os dados de suas contas de eletricidade. Aí entram os conceitos de medição, consumo, Quilowatt/hora (Kw/h), etc.
Em seguida, deve ser dada uma palestra introdutória sobre energia solar, através da qual os alunos e professores terão contato com os vários tipos de aproveitamento da energia solar, como: Painéis fotovoltaicos, captadores térmicos para aquecimento de água ou de ambiente, fornos solares, concentradores solares parabólicos, concentradores tipo torre, etc.
Paralelamente as atividades citadas anteriormente, os professores de biologia e química podem expor em suas aulas informações sobre efeito estufa, concentração de CO2 na atmosfera, metano, poluição do ar e aquecimento global.
Finalmente, o professor de Física, ou tutor de tecnologia, deve dividir os alunos em grupos de trabalho para que eles possam utilizar o equipamento em horários diferentes.
Os alunos fazem, com o multímetro, as medições de corrente e tensão enquanto o sistema está funcionando. Este procedimento deve ser repetido várias vezes ao dia em horários diferentes.
Com as medidas das tensões fornecidas, os alunos devem fazer as contas relativas a potência consumida, com o monitoramento do professor de Física. Eles montam seus gráficos em papel milimetrado e depois passam os gráficos para o Calc ou Excel com o auxilio do professor de informática.
No final do processo os alunos e o professor ou professores deverão discutir os resultados em sala de aula.

Levantamento de Dados e Resultados

Um questionário pode ser feito para saber o que cada um aprendeu neste projeto seja professor ou aluno. Neste questionário, deve ter além de questões objetivas, questões subjetivas, também, e que informem se houve realmente uma maior aproximação entre professor e aluno, professor e professor, e aluno e aluno. 
Com os resultados pode-se publicar o questionário, gráficos, fotos e vídeos de todas as etapas do trabalho, colocar a experiência em murais ou no blog do colégio ou da turma.

Uma Pequena Discussão

É difícil dizer até onde o projeto irá nos levar, mas com certeza todos teremos muita a aprender não só sobre eletricidade ou energia solar, ou sustentabilidade, mas também uns com os outros. Introduzir uma conta de luz na projeto, traz o mundo do aluno para a sala de aula e inclui um aprendizado de cidadania na disciplina de Física, e porque não em Biologia e Matemática. Assim, entramos no caminhos da multidisciplinaridade.

Não Monga! Não!

Walder Antonio Teixeira

Monga a Mulher Macaco e a Reflexão

Existem saltimbancos que percorrem cidades do Brasil para mostrar a transformação da Monga, A Mulher Macaco. Este espetáculo é um show de transmutação bastante conhecido nas cidades do interior, ele é feito em um palco ou uma tenda devidamente preparada.

Os atores montam este palco com uma cela para a mulher que vai se transformar em um animal não fugir. Fazem uma encenação, e então diante de todos a mulher se transforma em um gorila. Em alguns casos a cela se rompe e o gorila sai correndo atrás das pessoas com o locutor desesperado dizendo:

- Não Monga! Não! Eles são seus amigos!

- Pare! Pare Monga!

Finalmente, depois de todos correrem, Monga é dominada pelo domador e o espetáculo termina.

Alguns gostam, outros acham brega, mas o importante é que as crianças adoram sair correndo da monga.

O que pouca gente sabe é que este show de circo e parques de diversão é baseado em uma história real. Julia Pastrana, uma índia mexicana, tinha uma doença conhecida como hipertricose que faz os pelos do corpo crescer em demasia. Julia foi comprada de seus pais ainda criança por um circo de horrores onde era apresentada com o nome de Monga, a mulher gorila, uma aberração. O circo fez muito sucesso nos anos 60, e o dono do circo acabou se casando com ela.

Quando ela morreu o dono do circo mumificou o seu corpo e continuou a apresentar Julia. Atualmente o corpo de Julia e seu filho, que também tinha a mesma doença, encontram-se em um museu na Noruega. 

Mas como o truque da Monga é feito?

O truque é bastante simples, mas requer algum investimento. 

O show inteiro não passa de um truque de iluminação e reflexão, ou seja, basta saber um pouco de Física.

O local onde é apresentado o show tem o seguinte esquema:

  

O teatro ou o local deve estar mais escuro que as lâmpadas da caixa de madeira. Todos vêem a reflexão da mulher no vidro, que pode dar um show de dança antes da transformação.

Logo em seguida, a mulher segura as grades e fica na mesma posição que o gorila em relação às grades. Então, o operador começa a diminuir a luz do local onde está a mulher e começa a aumentar a luz do local onde está o gorila. Como isto é feito lentamente tem-se a impressão que a mulher está se transformando.

No final da operação, o vidro é retirado para o gorila sair.   

No final o gorila rompe a grade e corre atrás das pessoas, terminando a sua performance.

O segredo da Monga:

A imagem do gorila, simplesmente atravessa o vidro quando a sua luz está acesa.

Quando as duas luzes estão acesas, as imagens da mulher e do gorila se misturam, para o observador que está olhando na direção do raio refletido. Logo, tem-se a impressão que a mulher está se transformando em um macaco.

 

Na disciplina de ciências, em salas de aula ou em projetos para feiras, o show da monga pode ser feito como uma maquete para ser demonstrada a reflexão e o que acontece quando se modifica a luz em ambientes divididos por um vidro.

A parte mais complicada ao montar o projeto é confeccionar o circuito elétrico para as luzes. Cada luz será ligada em série a um potenciômetro que controlará a iluminação:

  

O esquema é o mais simples possível, mas ele pode ser aprimorado.

O operador deverá girar o botão do potenciômetro. Isto fará com que a resistência elétrica de um lado do potenciômetro aumente, diminuindo a luminosidade de uma lâmpada, enquanto a resistência elétrica do outro lado diminui fazendo com que a segunda lâmpada aumente a sua luminosidade.

É preciso determinar a resistência ideal do potenciômetro. Ele também deverá suportar 220 Volts.

Se usarmos duas lâmpadas de 60 W, a potência dissipada do sistema sem o potenciômetro será de 120 W a 220 Volts, o que nos dá uma corrente total de 0,5 A.

  

Então que tal fazer uma maquete para seu projeto de ciências ou um palco grande e encenar este show para toda a escola dando uma aula de reflexão. Ou melhor, ainda: que tal fazer seu próprio parque de diversões começando com a MONGA.

MONGA também é ciência!