O rio Paraibuna é o maior ecossistema aquático de Juiz de Fora. Ele foi rico em biodiversidade e importante no abastecimento de pescados, no transporte interno de materiais em barcas, além de ter sido fornecedor de alimentos e nutrientes para a fauna e flora que se desenvolveram ao longo de suas margens. Mas, com a dificuldade de se fazer um descarte apropriado do lixo proveniente das residências e a ineficácia no tratamento e no despejo adequado do esgoto, o rio gradativamente foi perdendo sua biosfera, em função do aumento no gradiente de eluentes tóxicos presentes em seu volume. A sanitização e pureza das águas de um rio são um reflexo claro do nível de desenvolvimento da população que reside ao longo de suas margens. Cintes disso, os estudantes do 1° ano do Ensino Médio da Escola Estadual Maria Ilydia Resende Andrade, localizada no bairro Furtado de Menezes, questionaram a possibilidade de criar um dispositivo capaz de identificar a qualidade da água do rio Paraibuna, visando a possibilidade de utilizá-la na irrigação da horta da escola. Mediante a esse questionamento, o professor de Física, Giovanni Romeu, colaborado pelos professores de Química, José Rafael, e Língua Portuguesa, Thaísa Hosken, em conjunto com os estudantes, se propôs à criação de um dispositivo viável em termos de custo benefício que pudesse ser empregado tanto para fins didáticos, como para a apuração da carga e gradiente elétrico da água do rio, em razão de seus contaminantes. Inúmeras são as utilidades da aplicação do conceito de condutividade elétrica dentro de um ecossistema aquático, onde se pode aferir com precisão o nível de contaminantes presentes em determinado ambiente, sem que seja necessária a expressão do volume de água exato do meio em que se aplica o processo. Isso acontece porque águas poluídas apresentam um perfil de distribuição elétrica caracterizado por uma deficiência de capacidade de condução de corrente. Portanto, com o desenvolvimento desse dispositivo seria possível uma análise simples, realizada pelos estudantes, da qualidade da água do rio Paraibuna, retratada por sua capacidade de condutividade elétrica.

Inicialmente foram analisados três tipos de água: Água deionizada (referência), água tratada da torneira e água do Paraibuna que não recebeu nenhum tipo de tratamento. Cada amostra de água foi estudada pelo sensor elétrico que media a condutividade de cada água. O sensor é constituído de um fino filme de alumínio de 120nm depositado a vácuo sobre um substrato de vidro, com um padrão do tipo “interdigitado”. A construção do sensor se deu em parceira com o Laboratório de Eletrônica Orgânica da Universidade Federal de Juiz de Fora. O sensor foi acoplado junto a uma placa micro controladora (Arduino) com o auxílio de uma placa protoboard. O Arduíno recebeu um código elaborado com o auxílio do software Arduino IDE e para visualização e coleta de dados foi criado um programa auxiliar em Python. Todo conjunto de softwares recebeu o nome de “Na MIRA do Paraibuna”, uma referência a escola e ao título do projeto. O processo de medição da condutividade da água se dava pela aplicação de uma diferença de potencial no sensor e a leitura analógica em uma das portas do Arduino. Para cada amostra de água foram coletadas cem medidas de condutividade elétrica, com o intervalo de um segundo entre as medidas. Os dados então passaram por tratamentos estatísticos para que pudesse ser calculado o valor médio e a barra de erro de cada conjunto de medidas. Destaca-se que o valor medido foi o valor da porta analógica, portanto foi adotado uma unidade arbitrária para análise da condutividade. Nessa unidade arbitrária, quanto maior a condutividade, maior o valor medido pela porta analógica.

Sensor de análise elétrica da água

Cidades Sustentáveis, Invenções e Inovações

02/2021 - 03/2021

Sensor elétrico, Arduino, Ensino de ciências, Rio Paraibuna

Giovanni Romeu Carvalho (Coordenador da Equipe)
Thaísa Hosken Cruz (Professor Colaborador)
José Rafael Costa Ferreira (Professor Colaborador)
Luana Martins Dias (Aluno Capitão)
Lidianyn Aparecida Vieira de Morais (Aluno)
Tayla Helena da Silva Melo (Aluno)

Escola Estadual Maria Ilydia Resende Andrade, Juiz De Fora-MG

O objetivo deste projeto foi desenvolver um sensor elétrico, viável em termos de custo benefício, capaz de medir a qualidade da água do rio Paraibuna. Essa questão foi levantada pelos estudantes, depois de discussões com os professores de Física e Química sobre a qualidade da água do rio. O projeto se desenvolveu em três partes: sensor, arduino e software para controle e coleta de dados. Com o sensor, auxiliado pelo arduido e o software, foi possível medir e diferenciar a qualidade da água do rio Paraibuna.

De acordo com o Gráfico 1, é possível ver que a condutividade das três amostras de água apresentou diferentes comportamentos. Para cada amostra, o valor da condutividade ficou em um certo platô. A água da torneira apresentou a maior condutividade, possivelmente pela grande quantidade de íons presente nela. Já a água deionizada foi a que mais apresentou variações em seu valor, ao longo das medidas. Possivelmente pela baixa condutividade. E por fim, a água do Paraibuna foi a que apresentou menor condutividade, possivelmente pela grande quantidade de matéria orgânica em suspensão.

No Gráfico 2, temos o tratamento estatístico das medidas realizadas. Nela, se encontra o valor médio e a barra de erro associado a dispersão dos valores. Apesar desses erros, é possível identificar que cada amostra possui uma condutividade que permite diferenciar cada água. A flutuação das medidas da água deionizada levanta a possibilidade da água estar sofrendo algum tipo de reação, como por exemplo a eletrólise, que justifique a variação nos valores. Essa variação foi observada em outras medidas, mas com o tratamento estatístico foi possível minimizar esse problema.

Com os dados colhidos até o presente momento, tendo em vista que o projeto ainda está em andamento, se tornou possível para os estudantes identificar a relação entre condutividade elétrica da água do rio Paraibuna e seu nível de pureza. Sendo assim, o objetivo do projeto foi alcançado em termos práticos e didáticos. A hipótese foi respondida, porém, se faz necessário maior número de investigações através do método proposto para que possamos alcançar resultados mais significativos, além de estudos complementares que corroborem com a acurácia do dispositivo. Este projeto foi motivante para os estudantes, desenvolvendo seus interesses nas aplicações físico-químicas da eletricidade no ecossistema do rio Paraibuna. Além disso, ao desenvolver o projeto, os estudantes colocaram em prática diversas habilidades que nem sempre são contempladas em sala de aula.

[1] COSTA, Pedro Miguel Marques da; ROCHA, Marcelo Borges. O USO DE SENSORES NO ENSINO DE CIÊNCIAS: uma experiência em aulas de física. Ensino, Saude e Ambiente, [S.L.], v. 11, n. 2, p. 1-24, 22 ago. 2018. Pro Reitoria de Pesquisa, Pos Graduacao e Inovacao - UFF. http://dx.doi.org/10.22409/resa2018.v11i2.a21290. [2] CÁSSARO, Fabio A.M.; OLIVEIRA, Jocenei A.T. de; CRUZ, Hernani; PIRES, Luiz F.. Utilização de um sensor de umidade para o Arduino na determinação da curva característica de retenção de água por um sistema poroso. Revista Brasileira de Ensino de Física, [S.L.], v. 42, p. 1-5, 2020. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2019-0130.