Atividades desenvolvidas

II - H2O: à procura da tabela periódica

Tema em desenvolvimento: b) A água como substância química

Público-alvo: ensino básico (3º ciclo). Cerca de 400 alunos.

Esta ação, de caráter mais técnico-científico, envolveu preferencialmente os alunos do 3º ciclo por serem aqueles que, de entre o público-alvo, já tem maior preparação académica, nomeadamente, em Ciências Físico-químicas, Ciências da Natureza e Geografia três das disciplinas fundamentais para suporte destas atividades. Por esta razão, as atividades desenvolvidas nesta ação contaram com a colaboração direta dos professores destas disciplinas e ainda com a participação direta de professores do Departamento de Engenharia Química do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto) e professores do Departamento de Engenharia Química e do Mestrado em Inovação e Empreendedorismo Tecnológico da FEUP (Faculdade de Engenharia do Porto).

No seguimento do tema anterior: “A água como um recurso natural limitado” e face à deterioração dos recursos hídricos existentes como resultado do aumento da população mundial, assim como do aumento da poluição, estima-se que futuramente, provavelmente ainda durante este século XXI, cerca de dois terços da população mundial não terá acesso água potável em quantidade suficiente. Por estes motivos é necessário, por um lado, encontrar alternativas para a obtenção de fontes de água potável, tanto para consumo humano como para a indústria ou agricultura e, por outro lado, preservar os recursos hídricos existentes prevenindo e controlando a sua poluição. Neste contexto de tema de trabalho, desenvolveram-se três segmentos de atuação prática:

II.3. Caracterização físico-química de amostras de água

Estas atividades tiveram como objetivos familiarizar os alunos com as técnicas laboratoriais utilizadas para o controlo da qualidade físico-química de diversos tipos de águas superficiais: águas balneares, de abastecimento, residuais. Os critérios de qualidade são estabelecidos, em função do uso da água, pela legislação em vigor e, de acordo com a diretiva quadro da água, 2000/60/CE, a água não é um produto comercial como outro qualquer, mas um património que deve ser protegido, defendido e tratado como tal. A água deve satisfazer diferentes exigências de qualidade de acordo o seu uso. Assim, as diferentes caraterísticas das águas condicionam o tipo de tratamento necessário, de forma a satisfazer a legislação aplicável ao uso pretendido.

II.3.1. Palestra introdutória à avaliação da qualidade da água

Dada a necessidade de preparar os alunos para técnicas de análise laboratorial que não lhes eram ainda familiares, por estarem para além dos conteúdos programáticos estabelecidos nas disciplinas atrás referidas, a aplicação experimental destes critérios de qualidade para avaliação da qualidade de águas superficiais, foi precedida de uma exposição teórica sobre o enquadramento legislativo aplicável às águas com qualidade para consumo humano (águas de abastecimento). A apresentação foi feita pelas Professoras Engenheiras Leonilde Martins e Sónia Figueiredo do Departamento de Engenharia Química do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto).

II.3.2. Ensaios experimentais para tratamento de um efluente sintético

Esta componente da atividade decorreu nos Laboratórios de Tecnologia de Águas do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto) onde, os alunos puderam efetuar tratamentos físico-químicos ao efluente proveniente da indústria têxtil. Por razões de segurança microbiológica, os alunos manipularam um efluente sintético preparado especificamente para a simulação de águas residuais da indústria têxtil. Entre os tratamentos efetuados os alunos testaram ensaios de coagulação e de floculação (separação sólido-líquido) e técnicas de adsorção em coluna de substâncias poluentes (corantes têxteis) observando-se experimentalmente a mudança de cor do efluente ao longo do seu percurso na coluna de tratamento. Para além disso puderam ainda operar diversos equipamentos de análise laboratorial (como por exemplo espectrofotómetros) e instalações laboratoriais desenhadas para o tratamento destas águas residuais, que não estão disponíveis em ambientes de ensino básico nem secundário, por exigirem preparação específica e conhecimentos mais aprofundados.

Objetivos alcançados:

Informar os alunos da existência de regulamentação nacional, comunitária e internacional sobre a qualidade das águas superficiais, e dos parâmetros mais importantes que são avaliados para definir a qualidade de águas para diferentes usos e destinos.

Capacitar os alunos em determinadas análises físico-químicas básicas em contexto industrial e de controlo de qualidade mas não acessíveis através dos programas curriculares.

Compreender a importância da determinação de diferentes parâmetros físicos, químicos e microbiológicos quer para caraterização da água antes do tratamento quer para o controlo da qualidade da água após tratamento. Estes conceitos estão diretamente relacionados com a atividade II.5. “Visitas de estudo a uma Estação de Tratamento de Águas Residuais”, enquadrada também nesta ação II.

II.4. Produção de água potável com energia solar

Uma forma alternativa para obtenção de água potável é a utilização de água do mar como matéria-prima pois a sua disponibilidade no planeta é muito elevada. A obtenção de água “doce” a partir da água do mar faz-se através da dessalinização que consiste na remoção ou redução da concentração de sais dissolvidos na água do mar, o que se pode alcançar recorrendo à energia solar. O processo de dessalinização assemelha-se ao ciclo hidrológico da água, e, precisamente, nas experiências efetuadas, o processo de dessalinização ocorreu simulando as condições do ciclo hidrológico da água, ou seja, a água do mar foi aquecida pelos raios solares (simulados com uma lâmpada de halogéneo) para produzir vapor de água. O vapor de água é depois condensado numa superfície fria inclinada e, posteriormente, é recolhido como produto final. A qualidade final da água obtida por este processo foi avaliada mediante técnicas de análise físico-química já introduzidas na atividade anterior: pH, condutividade, teor em sais minerais, sólidos, etc.

Objetivos alcançados:

Com estas experiências os alunos “passaram da teoria à prática” pois foram capazes de construir, por si mesmos, seguindo indicações simples de um projeto de engenharia, um protótipo recorrendo a materiais comuns do quotidiano. Os alunos puderam ainda relacionar os conhecimentos já adquiridos nas disciplinas de Ciências Físico-químicas, Ciências da Natureza e Geografia e concretizá-los numa instalação que mantiveram em funcionamento e em manutenção durante várias semanas.

II.5. Visitas de estudo a uma Estação de Tratamento de Águas Residuais

Estas visitas de estudo enquadram-se no seguimento da preparação teórica e experimental de conhecimentos concedida pelas atividades II.3. Caracterização físico-química de amostras de água mas agora com a verificação da aplicação real dos conhecimentos aprendidos. De entre as diversas empresas e ETARs contactadas selecionou-se a empresa Águas de Gaia, sobretudo pela oportunidade extraordinária e única no país, de evidenciar o impacto do tratamento das águas residuais domésticas (efetuado na ETAR de Gaia Litoral) e a reabilitação das rias e ribeiras da zona costeira de Vila Nova de Gaia (realizado também pela empresa Águas de Gaia) nas águas superficiais costeiras do local e, neste caso concreto, a influência que estes tratamentos tiveram na qualidade das águas balneares dessa zona, requalificando todas as praias locais para a categoria de “praia com bandeira azul”.

A ETAR de Gaia Litoral é uma das maiores ETARs da Europa e completa nos tratamentos efetuados pois utiliza o processo biológico de lamas ativadas terminando com o tratamento biológico das lamas por digestão anaeróbia. O CEAR – Centro de Educação Ambiental das Ribeiras de Gaia é uma unidade integrante da empresa Águas de Gaia onde os alunos, por meio de visitas guiadas, observaram a fauna e a flora características dos ecossistemas ribeirinhos, presentes nos aquários e aqua-terrários instalados no Centro e onde são, por vezes, salvas e recuperadas espécimes resgatados.

Objetivos alcançados:

Nas visitas de estudo à ETAR de Gaia Litoral os alunos puderam testemunhar a imensa quantidade de água que se consome em uso doméstico e industrial. Observaram ainda os processos de tratamento físico-químicos e biológicos utilizados na ETAR e relacionaram com os conhecimentos já adquiridos quer em contexto de sala de aula quer nas anteriores atividades deste projeto H2Oesencial.

Constatar o impacto da ação humana na qualidade das águas superficiais (ecossistemas ribeirinhos e zonas costeiras e balneares). Este impacto pode ser negativo através da emissão de poluição para o meio ambiente (pela descarga de águas residuais e efluentes industriais) mas, até certo limite, os efeitos nefastos podem ser revertidos usando estratégias e tecnologias de despoluição, através do tratamento físico-químico e biológico das águas residuais e efluentes.

Observação da fauna e a flora de ecossistemas ribeirinhos. As atividades desta ação têm uma relação direta com a ação “III - A vida de uma gota de água”.

A empresa Águas de Gaia, através do Sr. Eng.º Fernando Ferreira colaborou ativa e empenhadamente com a APROSARIO neste projeto H2Oessencial. Por este contacto que manterá certamente para o futuro e pela extrema simpatia e disponibilidade mostradas pela empresa Águas de Gaia, na pessoa do Sr. Eng.º Fernando Ferreira, a APROSARIO está muito grata.

III - A vida de uma gota de água - Ecossistemas aquáticos.

Tema em desenvolvimento: c) A água como habitat natural de espécies e de ecossistemas

Público-alvo: ensino básico (1º e 2º ciclos e ainda alunos do 9º ano). Cerca de 700 alunos.

II.6.1. Instalaçãos de aquários de água doce

Instalação e manutenção de aquário verde, recriação in vitro de ecossistema com crescimento de microalgas, plâncton, krill, peixes, plantas aquáticas. Observação de seres microscópicos numa gota de água, fundamentais para o equilíbrio de ecossistemas. Abordadas áreas: biologia (observação de microalgas, protozoários, plâncton, etc. Células e estruturas celulares. Fotossíntese.), ecologia (equilíbrio de ecossistemas).

II.6.2. Monitorização da qualidade da água do rio Leça

Em acréscimo ao plano de trabalho inicialmente estabelecido, por indicação dos professores da disciplinas de Ciências Naturais e de Ciências da Natureza foi delineado um plano de monitorização da água rio Leça dirigido especificamente para os alunos do 9º ano, por serem os que não só adquiriram mais conhecimentos mas também por serem os de maior maturidade entre todos os do ensino básico. Esta atividade representa uma mais-valia em termos de capacidade de planeamento e execução de trabalho experimental e de campo, que se desenrola num contexto real. Ao longo de vários meses (que abrangeram as diferentes estações do ano) grupos de alunos e de professores recolheram, periodicamente, amostras de água do rio Leça em pontos de amostragem previamente determinados. Estas amostras de água foram submetidas a análises microbiológicas e físico-químicas que permitiram obter dados para perceber a variabilidade de características existente num curso de água. Esta variabilidade de características ocorre por razões naturais (sobretudo geográficas e geológicas), mas neste caso e, sobretudo, ocorre pela intervenção humana, por se tratar de um rio situado numa região, simultaneamente, urbana, agrícola e industrial. Os dados recolhidos proporcionaram, ainda, elementos objetivos para a discussão sobre o impacto da ação humana na qualidade da água do rio Leça.

Objetivos alcançados:

Noção de ecossistema e dos parâmetros de caraterização associados a este conceito.

Evidência da importância da qualidade da água para os seres vivos que fazem dela o seu habitat e a fragilidade desses meios.

Responsabilização dos alunos mais novos para a necessidade da preservação dos habitats naturais

Conceito de Microbiologia: realização de análises microbiológicas avaliação da qualidade da água em termos de segurança biológica.

IV – Água é energia

Tema em desenvolvimento: d) A água como fonte de energia renovável

Público-alvo: ensino básico (2º e 3º ciclos). Cerca de 300 alunos.

As necessidades da sociedade atual têm vindo a alterar-se, assentando cada vez mais no desenvolvimento tecnológico o que, inevitavelmente, implica a transformação do meio ambiente e um aumento do consumo de energia. Atualmente, o consumo de energia mundial apresenta uma necessidade cada vez maior de utilização de fontes renováveis de energia. Nos últimos anos, o crescente interesse da sociedade por questões ligadas à proteção do ambiente, à preservação dos recursos energéticos e à procura de novos recursos alternativos não poluentes levou ao desenvolvimento de novas tecnologias de utilização e transformação da energia. Neste contexto da água como fonte de energia renovável, foram analisadas as tecnologias e exploradas as aplicações práticas de dois tipos de fontes de energia renovável: a energia solar, já utilizada na atividade “II.4 Produção de água potável com energia solar” mas agora encarda com um enfoque diferente e claro, a energia hídrica. De entre as diversas fontes de energia renovável, enquanto que a biomassa é utilizada para a produção de calor, tal como aliás a energia solar, as energias hídrica e eólica poderão ser utilizadas na produção direta de eletricidade. Adicionalmente a energia solar que é aproveitada, através de coletores solares térmicos, para a obtenção de calor, pode também ser convertida em eletricidade, através de células solares.

Dadas as dificuldades técnicas e logísticas enfrentadas para a realização de visitas de estudo com o número de alunos envolvidos nesta ação (cerca de 300 alunos) e fundamentadas nas questões de segurança apresentadas pelas empresas gestoras das barragens e albufeiras contactadas, a APROSARIO foi forçada a reformular o seu plano de trabalho inicial, mantendo, claro está em foco, os objetivos pretendidos. Assim, esta ação desenrolou-se em 4 segmentos de atividades teóricas (2 workshops) e experimentais (construção laboratorial de uma barragem e montagem de células solares). Nestas atividades a APROSARIO contou com a colaboração direta de professores do Departamento de Engenharia Química da FEUP (Faculdade de Engenharia do Porto) e dos

IV.7. Workshops sobre energias Renováveis

Os workshops foram organizados para proporcionar aos alunos o fundamento teórico que lhes permitiria desenvolver as atividades experimentais subsequentes e planeados segundo os dois temas em desenvolvimento.

IV.7.1. Energia Solar para a produção de eletricidade. Este workshop consistiu na apresentação, a professores e a alunos, pelo Professor Catedrático Adélio Mendes, das experiências de instalação das minibarragens e de montagem das células solares. Estas células solares foram desenvolvidas pelo grupo de investigação científica dirigido pelo Professor Catedrático Adélio Mendes, tratando-se por isso de uma tecnologia nova e recentemente patenteada para a conversão da energia solar em energia elétrica. Outros elementos do grupo de investigação científica do Professor Adélio elaboraram kits pedagógicos como guião das experiências.

IV.7.2 Energia hidroelétrica

Nas instalações da EDP, alunos e professores assistiram a uma exposição teórica sobre a energia em geral, a energia hídrica e o seu desenvolvimento no país, e o modo funcionamento das barragens e das albufeiras. A problemática da sustentabilidade dos recursos hídricos e o impacto da tecnologia no meio ambiente, sobretudo o impacto das barragens na ecologia dos locais em que se situam foi também abordado neste workshop. Conceitos como trabalho mecânico e potência elétrica foram também explorados através de demonstrações sobre a energia hídrica e de experiências.

IV.8.1. Montagem laboratorial de uma minibarragem

A água é um recurso natural cuja abundância ou carência tem repercussões profundas no dia-a-dia das populações. A construção de barragens influencia a gestão da água em recursos hídricos pois, inicialmente, as barragens eram construídas com o propósito de armazenamento de água, irrigação e prevenção de cheias. Posteriormente desenvolveu-se a produção de energia elétrica através da energia hídrica. A energia hídrica é obtida a partir da energia potencial de uma massa de água (rios e lagos) que é transformada em energia cinética pelo movimento provocado por um desnível ou uma queda de água. A energia cinética da água em movimento é transferida pelas turbinas da barragem em energia mecânica, que é depois convertida em energia elétrica pelo gerador. Nesta atividade, com base no mecanismo de funcionamento indicado, os alunos construíram, nos laboratórios do CNSR e, de novo recorrendo a materiais comuns de fácil acesso, barragens para a produção de energia elétrica.

IV.8.2 Montagem de células fotovoltaicas

As células fotovoltaicas são dispositivos simples capazes de converter a luz solar em eletricidade sem a produção de qualquer poluente, pois a sua fonte de energia é o Sol. As células solares constituem uma nova tecnologia de transformação da energia solar que surge como uma alternativa promissora às células fotovoltaicas convencionais à base de silício devido à sua simplicidade e baixo custo de fabrico. Ao contrário das células convencionais, em que a absorção de luz e transporte de carga é feito pelo semicondutor, nas células solares sensibilizadas com corante estes dois processos decorram separadamente. Utilizando materiais simples de uso corrente como o sumo de framboesa (como eletrólito) e o vidro, e ainda outros materiais tecnologicamente desenvolvidos e previamente preparados pelo grupo de investigação científica do Professor Adélio (elétrodos e semicondutores), os alunos montaram e colocaram em funcionamento estas inovadoras células solares, nos laboratórios do CNSR.

Objetivos alcançados:

Sensibilização dos alunos para a obtenção de energia a partir de fontes de energia renovável e para a importância destas fontes de energia no panorama nacional e também mundial.

Compreensão dos fundamentos inerentes à energia hídrica e do conceito de energia e das suas diferentes formas.

Conceito de engenharia ligada à resolução de problemas reais com recurso ao conhecimento científico aplicado.

Conceitos de trabalho mecânico e de potência elétrica.

Estímulo ao interesse pela ciência pelo recurso a experiências muito simples com produtos recorrentes do dia-a-dia mas que se traduzem em instalações laboratoriais com um resultado prático concreto, neste caso a obtenção de energia elétrica. O interesse pela ciência foi também declaradamente comprovado pelo enorme entusiasmo manifestado pelos alunos com a presença no CNSR do Professor Engenheiro Adélio Mendes ilustre investigador português, reconhecido internacionalmente pelos diferentes prémios que já recebeu e pelas suas inúmeras publicações que incluem várias patentes tecnológicas. Apesar da sua notoriedade científica, o Professor Engenheiro Adélio Mendes é também um excelente comunicador e pedagogo que se faz acessível a audiências muito jovens e ávidas de conhecimento provocando a sua curiosidade. Este workshop foi extremamente interativo e memorável para a audiência que se acomodou no lotado Pavilhão da Música do CNSR. O entusiasmo dos alunos presentes foi ao ponto de eles próprios tomarem a iniciativa de convidarem o Professor a voltar mais vezes ao Colégio, repto que foi aceite, de imediato.