O uso da internet na educação é uma ferramenta de aprendizagem significativa em todos os ciclos educacionais. A pandemia trouxe um aumento do uso de celulares e tablets por parte dos alunos nas escolas públicas para fins acadêmicos, uma vez que as demandas escolares necessitaram da utilização de tais equipamentos para o desenvolvimento das atividades pedagógicas online, devido ao distanciamento social imposto pelo período. Muitas dessas demandas foram agregadas ao cotidiano escolar, tornando os equipamentos eletrônicos como estratégias eficazes no processo de ensino-aprendizagem. Diante dessa necessidade, questiona-se: Como carregar smartphones e tablets utilizando energia limpa? "As tecnologias podem nos ajudar, mas, fundamentalmente, educar é aprender a gerenciar um conjunto de informações e torná-las algo significativo para cada um de nós, isto é, o conhecimento." (MORAN,2001, p.21) Os smartphones atuais oferecem uma variedade de aplicativos para estudos e pesquisas, assim como funções telefone, câmera e vídeo que por sua vez são valiosas ferramentas de aprendizagem. Partindo da necessidade de manter tais equipamentos carregados para sua constante utilização, houve a proposta da criação de estratégias sustentáveis desenvolvidas por alunos do Ensino Médio de uma escola estadual localizada na periferia da cidade de Sorocaba, no estado de São Paulo, Brasil. Visando a confecção de um produto de consumo real e não apenas uma prova de conceito, utilizando materiais de baixo custo e mantendo certas considerações de design, bem como ergonômicas e fatores econômicos para o desenvolvimento do carregador de smartphone foi o objetivo deste projeto, o presente projeto acadêmico apresenta um protótipo funcional de um carregador de smartphone cuja fonte de alimentação é um dínamo acoplado a uma bicicleta padrão. Alguns produtos estão atualmente no mercado e são projetados para alimentar dispositivos eletrônicos portáteis, como os smartphones. No entanto, todos eles apresentam certas limitações, que este design supera. Os produtos existentes são volumosos, têm um excesso de quantidade de cabos e alguns deles não podem carregar dispositivos em velocidades abaixo de 5m/s. O carregador desenvolvido neste projeto é um produto ergonômico e simples de usar, capaz de carregar com energia o smartphone a velocidades abaixo de 5 m/s e tem um preço comparável ao dos produtos existentes no mercado. Um case é montado no guidão da bicicleta, facilitando o acesso do aluno ao recurso mesmo enquanto pedala, dando continuidade em suas pesquisas ou vídeo aulas. As dimensões e requisitos de carregamento de smartphones variam de modelo para modelo, sendo que este carregador se adapta a qualquer modelo Android e IOS.

A Base Nacional Comum Curricular (BNCC), documento que regulamenta e consolida a proposta curricular para o Ensino Fundamental, apresenta como objetivos gerais de aprendizagem: "Exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das ciências, incluindo a investigação, a reflexão, a análise crítica, a imaginação e a criatividade, para investigar causas, elaborar e testar hipóteses, formular e resolver problemas e inventar soluções com base nos conhecimentos das diferentes áreas". (BRASIL, 2017, p.9). Quanto ao Ensino Médio, na área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, a BNCC ressalta: "Diante da diversidade dos usos e da divulgação do conhecimento científico e tecnológico na sociedade contemporânea, torna-se fundamental a apropriação, por parte dos estudantes, de linguagens específicas da área das Ciências da Natureza e suas Tecnologias. Aprender tais linguagens, por meio de seus códigos, símbolos, nomenclaturas e gêneros textuais, é parte do processo de letramento científico necessário a todo cidadão". (BRASIL, 2017, p.551). Partindo desse referencial teórico e da necessidade de agregar a prática experimental às aulas regulares das disciplinas da BNCC, o presente projeto tomou forma. Após a formação de um grupo de alunos, aulas teóricas voltadas ao tema foram realizadas no contraturno, de maneira que não houvesse qualquer intercorrência no cotidiano escolar. Após a teoria, a montagem do carregador foi realizada em etapas, sempre unindo teoria à prática, contextualizando efetivamente a cultura maker. No contexto educacional a cultura maker busca explorar as atividades práticas em sala de aula, possibilitando a criação e resolução de problemas ao se construir protótipos e outros objetos que visam desenvolver diferentes habilidades. (PAULA; OLIVEIRA; MARTINS, 2019). Para iniciar a confecção do carregador, os alunos manusearam os materiais utilizados, pesquisando as funções e funcionamentos de cada um. Projetaram o suporte de sustentação da bicicleta e a customizaram, criando uma identidade para o projeto. Como fonte de alimentação do carregador foi utilizado um dínamo AC (oriundo de motor hooverboard) atrelado a roda traseira da bicicleta. Nominalmente avaliado em 34 Volts, 350 Watts, esses dínamos custam entre R$ 200,00 e R$ 400,00. Estes modelos de dínamos podem funcionar como uma fonte de energia, porém podem apresentar algumas desvantagens, como perdas significativas na interface roda/gerador e não são confiáveis em tempo úmido pois a roda do gerador escorrega, segundo Heine e Oehler (2005). Sobre a energia cíclica, o ciclista pode estar preocupado com o desempenho, eficiência e a quantidade de energia necessária para andar de bicicleta. Muitos fabricantes de bicicletas projetam quadros mais leves e componentes de menor atrito para atender às necessidades de desempenho dos ciclistas, por isso é importante investigar os efeitos do uso de um dínamo para fornecer potência para carregar um smartphone. Para projetar o carregador de smartphone, é necessário a familiarização com a fonte de energia. Facilitando o teste do dínamo, um dispositivo gira a roda da bicicleta numa montagem estacionária no laboratório, permitindo condições de teste controladas. O dispositivo de teste facilitador de toda a coleta de dados preliminares para este trabalho sendo que o mesmo auxiliou a determinar as limitações elétricas do sistema, como potência máxima de consumo e intensidade de corrente em função do esforço humano. A bicicleta foi montada sobre um sistema de cavaletes e travas feitas em madeira (suporte projetado pelos alunos). O sistema de geração de energia fica acoplado a roda traseira formando um sistema e roldanas interligada, onde seu eixo de rotação tem o terminal de trifásico que se conecta ao retificador, confeccionado com 6 diodos NP 4007, dois capacitores de 1000microF 80V, um led verde e um resistor de 1000 ohms. Sua saída retificada que entrega tensão variável é conectada a um regulador de tensão que baixa tensão para 5 volts que atende as demandas de carregadores de celulares. Depois de testar o dínamo AC em diferentes velocidades e cargas, as três variáveis considerados relevantes para caracterizar o sistema como uma fonte de energia foram a corrente elétrica, voltagem e potência. A frequência elétrica depende da velocidade da roda, número de pares de polos de dínamo e diâmetro da roda. Para cada combinação cubo/roda, o número de pares de polos e o diâmetro da roda permanecem constantes, então a única variável é a velocidade da roda. Tanto a tensão quanto a potência de saída do sistema dependem do tipo de carga que está conectada, segundo Liu e Teng (2006). A tabela anexa, mostra o resultado dos testes. A seção de entrada do circuito converte a tensão CA do hub em CC, fornece proteção ao circuito e reduz a ondulação de tensão. A entrada do hub CA é primeiro retificada para DC para o conversor DC/DC. Ainda segundo Liu e Teng (2006), uma ponte retificadora composta por 6 diodos e um capacitor realiza tal tarefa. Os diodos SBR são escolhidos devido a sua alta confiabilidade e baixa queda de tensão direta, o que é um fator desejado, uma vez que o pico de tensão de entrada deve ser maximizado para acomodar mais velocidades. Conforme explicam Lopez e Gonzalez (2004), após o estágio de entrada a potência deve ser convertida de um retificado e suavizado a variação do nível DC para uma saída regulada de 5 V ou 3,6 - 4,2 V para carregamento do telefone ou bateria respectivamente. Existem várias opções para regulação de tensão, no entanto, uma vez que a tensão de entrada pode ser maior ou menor do que a tensão de saída.

PEDALA ENERGIA LIMPA E SAÚDE: CARREGADOR DE SMARTPHONE E TABLETS

Inovação e Problemas da Sociedade, Cidades e Comunidades Sustentáveis, Mobilidade Urbana e Transporte

Energia limpa, sustentabilidade, ODS, protagonismo

Veronica Trevizoli (Coordenador da Equipe)
Cesar Hipolito Pinto (Professor Colaborador)
Eduardo Henrique Lima Santos (Aluno Capitão)
Kethellyn De Souza Freitas (Aluno)
Kauã Martins farias (Aluno)
Vinicius José de Oliveira Lima (Aluno)
Gabriel Henrique de Godoi (Aluno)

PEI Roque Conceição Martins, Sorocaba-SP

Este estudo explora conceitos científicos através da confecção de um carregador para smartphones e tablets rem uma escola estadual localizada na periferia da cidade de Sorocaba, no interior do Estado, em uma região de vulnerabilidade social. Sua aplicação aconteceu no contraturno das aulas regulares abordando habilidades da Base Nacional Comum Curricular. O projeto contempla o Objetivo 4, pertencente ao conjunto de Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Agenda 2030 da Organização da Nações Unidas (ONU), que trata da promoção da educação de qualidade, garantindo e assegurando a educação inclusiva e equitativa e de qualidade, e promovendo oportunidades de aprendizagem ao longo da vida para todos, através de diversas ações educativas. Refere-se ao estudo e construção de um carregador de equipamentos eletrônicos alimentado por um dínamo acoplado a uma bicicleta. Além do design e validação do carregador protótipo, este trabalho envolve o teste e caracterização da potência do dínamo, o projeto e construção de equipamentos de teste especializados, assim como o desenvolvimento de um estojo montado no guidão para o smartphone. A utilização de energia limpa torna o projeto sustentável, além de proporcionar benefícios a saúde pela prática de exercícios físicos. Ainda em desenvolvimento, espera-se que o circuito atenda aos requisitos de carregamento do smartphone em velocidades de bicicleta que variam de 3 a 4 m/s de velocidade., inserindo a escola na comunidade científica e proporcionando a difusão do conhecimento científico com ações de autonomia e protagonismo.

Construir um carregador para smartphones e tablets utilizando materiais de baixo custo e possibilitando uma melhora na qualidade de vida através de atividade física e práticas sustentáveis requer um estudo prévio de tudo o que envolve esse assunto. Para isso, pesquisas teóricas foram realizadas instigando a curiosidade científica discente, comprovando o protagonismo e engajamento ao projeto. A Física é uma ciência que estuda as diferentes formas de interações entre a matéria e a energia. Por se caracterizar como uma ciência experimental, pode ser simulada na maioria dos casos, seja de forma virtual, através de diversas ferramentas simuladoras, ou através de experiências reais, em menor escala que possam reproduzir os fenômenos a serem estudados. Além disso, aproximar conceitos físicos da realidade dos alunos torna o assunto significativo de modo a facilitar o aprendizado. Isso significa que Física é prática e pode ser verificada no dia a dia dos alunos. (PINTO; ARANHA, 2018). O momento pandêmico em que vivemos, por si só, é um imenso desafio. Desenvolver e adaptar o conteúdo proposto para minimizar as habilidades não consolidadas e que causaram defasagem na aprendizagem, provocar a curiosidade científica nos alunos para que se interessassem sobre o assunto, instigando um outro olhar à realidade que o cerca e a sua vivência cotidiana, são fatores que enriquecem a prática pedagógica. A utilização de metodologias ativas, como a cultura maker, foram essenciais para o bom andamento do processo, assim como a integração do aluno durante toda a trajetória. O movimento maker está relacionado à prática na qual o aluno é protagonista do processo de construção do seu conhecimento, explorando assuntos de seu interesse e satisfação. (PAULA; OLIVEIRA; MARTINS, 2019). Com o sistema montado e pronto para uso, este gerador é capaz de produzir cerca de 72 watts de potência (05-12 V a 2-6 A) com uma velocidade de cerca de 4 a 5 m/s, pedalada de passeio. O Sistema é plenamente capaz de carregar um celular comum, mas também iluminar cômodo com lâmpada de led de 9W, conforme tabela anexa. Atrair a comunidade para a escola, buscando a sua participação e a valorização dos alunos e seus responsáveis, por meio da sua efetiva participação no desenvolvimento do projeto que tem caráter científico e sustentável é importante para o bom andamento do projeto, pois ele se efetivará por meio de pesquisas e desenvolvimento de sistemas de alta tecnologia e de baixo custo, trazendo para comunidade do entorno escolar a ideia de que a escola é um organismo ativo que produz tecnologia de forma sustentável, possibilitando e oportunizando o protagonismo juvenil.

Uma vez que tenhamos sucesso na construção do sistema de geração de energia associado a captação de energia de forma adequada e eficiente com o propósito de carregar celulares e tablets, será estabelecido uma meta de ampliação de capacidade com sistema mais robusto de geração podendo suprir maior número de aparelhos, trazendo experiencia de centro de pesquisa e desenvolvimento para unidade escolar. O projeto impacta a sociedade de maneira positiva, inserindo a escola à comunidade científica, proporcionando a difusão do conhecimento com ações de autonomia e protagonismo, através da replicabilidade discente. O estímulo ao letramento e a alfabetização científica com o auxílio das metodologias ativas de aprendizagem, possibilita a confecção de carregador de smartphones e tablets de baixo custo na unidade escolar, contendo a bicicleta e todos os materiais necessários para seu funcionamento. Por contemplar o Objetivo 4, pertencente ao conjunto de Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Agenda 2030 da Organização da Nações Unidas (ONU), que trata da promoção da educação de qualidade, seu processo de desenvolvimento e implantação tornou-se um instrumento de emancipação e empoderamento, sensibilizando e conscientizando a todos que possam estar envolvidos, de maneira direta ou indireta, transcendendo os limites da comunidade escolar.

Através dos dados coletados, concluímos que é possível carregar tablets e celulares por meio do gerador construído e adaptado à uma bicicleta fixa, além de armazenar a energia excedente em um power bank. Por estarmos trabalhando com materiais de baixo custo, os equipamentos são também de pouca performance, se melhorarmos os equipamentos, será possível fazer a carga em menor tempo. Como próximos passos, será desenvolver o mesmo protótipo para uma bicicleta móvel, visando o público que se utiliza esse meio de transporte. Segundo o portal da prefeitura, o plano cicloviário de Sorocaba é modelo nacional, com mais de 100 km distribuídos por toda a cidade e com um sistema gratuito de empréstimos de bicicletas, proporcionando além de facilidade de locomoção, uma melhoria significativa na qualidade de vida dos cidadãos Sorocabanos. Nossos alunos já estão trabalhando para patentear a invenção e criar uma startup para a produção e comercialização do equipamento.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Básica, Secretaria de Educação Continuada, Alfabetização, Diversidade e Inclusão; Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica. Base Nacional Comum Curricular. Brasília: MEC, 2017. PORTAL da Transparência. Prefeitura de Sorocaba. Ciclovia, disponível em https://www.sorocaba.sp.gov.br/ciclovias/, acessado e 13/10/2022. HEINE, J.; OEHLER, A. “Testing the Efficiency of Generator Hubs”, Vintage Bicycle Quarterly, Volume 3 Number 4, Vintage Bicycle Press, 2005. LOPEZ, J.; GONZALEZ, M. J.C.; VIERA; BLANCO, C. “Fast-Charge in Lithium-Ion Batteries for Portable Applications”, Telecommunications Energy Conference, 2004, INTELEC 26th Annual International, 19-23 Sept. 2004. LIU, Y.; TENG, J. “Design and Implementation of a Fully-digital Lithium-Ion Battery Charger”, TENCON 2006, IEEE Region 10 Conference, 14-17 Nov. 2006. MORAN, José Manuel. Novos desafios na educação: a Internet na educação presencial e virtual. Saberes e linguagens de educação e comunicação, v. 1, p. 19-44, 2001. PAULA, Bruna Braga de; OLIVEIRA, Tiago de; MARTINS, Camila Bertini. Análise do Uso da Cultura Maker em Contextos Educacionais: Revisão Sistemática da Literatura. Revista Novas Tecnologias na Educação; Rio Grande do Sul; v.17; 2019. PINTO, César Hipólito; ARANHA, Norberto. Construção de radiotelescópio para análise de micro-ondas solares em 12GHz. Revista Brasileira de Ensino de Física; São Paulo; v.40; 2018. TAUFIK; DOLAN, D. “Advanced Power Electronics” 6th revision, 2012.