AS USINAS HIDRELÉTRICAS NOS LIVROS DE FÍSICA RECOMENDADOS PELO PNLEM

## AS USINAS HIDRELÉTRICAS NOS LIVROS DE FÍSICA RECOMENDADOS PELO PNLEM

Vagno Maia Benevides 1 Maria Inês Martins 2

1 PUC MG /Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática, vagno.bhz@terra.com.br

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PUC MG /Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática, ines@pucminas.br

## Resumo

O livro didático é notadamente o recurso didático-pedagógico mais disseminado entre alunos e professores. A experiência exitosa do Programa Nacional de Livros Didáticos para o Ensino Fundamental, PNLD, implantado em 1985 se estende para o ensino médio a partir de 2004, em Programa análogo denominado Programa Nacional de Livros Didáticos para o Ensino Médio, PNLEM. O primeiro processo do PNLEM de avaliação dos livros de Física foi concluído em 2006, com a sua distribuição iniciada em 2007 para toda a rede pública nacional. Os títulos foram escolhidos por escola pelos professores de Física, entre os títulos recomendados pelo Programa. Neste trabalho discutem-se como os conteúdos específicos da disciplina de Física presentes nas usinas hidrelétricas são abordados pelos livros didáticos de Física recomendados no PNLEM-2007. A análise considera tanto a abordagem conceitual quanto a sua representação gráfica, sobretudo através das imagens utilizadas. Verifica-se que os conteúdos de Física das usinas hidrelétricas são, de maneira geral, tratados superficialmente nesses exemplares e, algumas vezes, com abordagens equivocadas. O presente artigo procura ainda incentivar a discussão e a reflexão sobre a eficácia da utilização desse conjunto de obras, pelos professores do ensino médio, para o planejamento de atividades não-formais direcionadas para as visitas técnicas, VT, em usinas hidrelétricas, UHE.

Palavras-chave : Usina Hidrelétrica, PNLEM, Ensino de Física

## 1 INTRODUÇÃO

- O PNLEM, implantado a partir de 2004, inspirou-se na experiência consolidada do Programa Nacional do Livro Didático, PNLD, destinado ao Ensino Fundamental, implementado em 1985. Ambos os programas reconhecem a importância do Livro Didático como recurso didático-pedagógico e almejam a distribuição nacional de textos escolares dos componentes curriculares do Ensino Básico, contemplando os alunos da rede pública, a partir da escolha docente, em cada unidade escolar, entre os títulos recomendados pelo Programa.

Os critérios de eliminação e qualificação dos editais têm sido aperfeiçoados a cada nova edição dos Programas, mantendo-se alinhados à Política Educacional vigente, no caso específico do Ensino Médio com os pressupostos da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional, Lei nº 9364/1996 (Brasil, 1996), das Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, DCNEM (Brasil, 1998), dos Parâmetros Curriculares Nacionais, PCN (Brasil, 2000) e seus textos complementares como PCN+ (Brasil, 2002).

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30 de janeiro a 04 de fevereiro de 2011

No presente trabalho foram analisados os livros didáticos de Física recomendados pelo PNLEM-2007, a única edição do Programa finalizada e em vigor até o momento. A análise focalizou o tratamento dado às UHEs nos textos 1 escolares como material de apoio a possíveis visitas. Exploram-se nestes LDs tanto a abordagem conceitual do tema quanto seus recursos ilustrativos. Procuramos ainda incentivar a discussão e a reflexão sobre a eficácia da utilização desse conjunto de obras, pelos professores do ensino médio, para o planejamento de atividades não-formais direcionadas para as VTs em usinas hidrelétricas

De modo simplificado podemos dizer que uma UHE possibilita a abordagem de muitos conhecimentos específicos tanto entre várias áreas da Física quanto em áreas correlatas, além de questões de caráter mais geral, como o seu impacto ambiental. Considerando-se apenas a compreensão do seu funcionamento técnicooperacional, uma usina envolve conceitos de Mecânica, Termodinâmica, além de Eletromagnetismo, que se concretizam em denominações e terminologias específicas que serão mencionadas ao longo desta pesquisa. 2

## 2 ANÁLISE DOS LIVROS RECOMENDADOS PELO PNLEM-2007

A análise, a seguir, das seis obras recomendadas pelo Programa procura abordar tanto aspectos conceituais quanto ilustrativos, na perspectiva de utilização dos textos escolares como suporte para a fase preparatória das VTs em UHEs.

1ª) GASPAR, A. Física . São Paulo: Ática, 2009. vol. único.

Figura 1 - Ilustração da UHE de Itaipu: à esquerda uma vista aérea e à direita o desenho de uma turbina Francis. Fonte: Gaspar, 2009, p.503.

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Na figura 1 ilustra-se a UHE de Itaipu com as comportas do vertedouro 3 abertas através de uma vista aérea, e à direita, o desenho de uma turbina modelo

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Francis . Essa figura abre o capítulo seguido de um breve texto sobre a descoberta 4 da indução eletromagnética. Comenta-se no texto que o objetivo do armazenamento da água com uma mega construção fundamenta-se na obtenção de energia capaz de girar rodas enormes.

Não são abordadas as transformações de energia envolvidas e nenhum equipamento é discutido. Não há abordagem da Física das UHEs até o capítulo 45. No capítulo 46, sobre Indução eletromagnética, o tema é superficialmente explanado. O livro apresenta uma abordagem sobre o comutador 5 , útil para o entendimento do princípio de funcionamento de uma excitatriz 6 e dos transformadores, bem como a sua aplicabilidade.

Figura 2 - Os transformadores na distribuição de eletricidade. Fonte: Gaspar, 2009, p.511.

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Na figura 2 encontramos uma visão adequada do caminho seguido pela energia elétrica, desde a usina até uma residência. Sobre esse assunto, o desenho foi o melhor encontrado em todos os livros analisados, pois ao tratar a função das linhas curvas não correspondendo aos condutores elétricos, percebe-se que apenas representam a idéia de vínculo do sistema. Apesar de ter pouco assunto diretamente relacionando à teoria da Física com as UHEs, os temas abordados na obra estão apresentados de modo adequado.

2ª) LUZ, A. M.; ALVARENGA, B. A. Física . 5.ed. Belo Horizonte: Scipione, 2009. 3v.

Os volumes 1 e 2 não tratam do assunto. No volume 3, a figura 3 apresenta um desenho muito pobre em detalhes, com o transformador suspenso no ar, um volume de água no canal de fuga superior à represa, contrariamente ao real em que

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a água à jusante 7 é, na maioria das vezes, reduzida em relação à montante 8 . Também é ilustrado um possível circuito trifásico 9 inacabado. A teoria encontra-se simplificada e são abordadas as transformações de energia, sem discutir o gerador de energia elétrica

Figura 3 - Ilustração de uma UHE. Fonte: Máximo &amp; Alvarenga, 2009, p. 297.

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Figura 4 - Ilustração de uma UHE. Fonte: Máximo &amp; Alvarenga, 2009, p. 318.

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Na seção 'tópico especial' da obra são abordadas a geração e a distribuição de energia elétrica na forma de corrente alternada, bem como o uso dos transformadores na rede elétrica. A figura 4 retrata esse tema com um possível circuito elétrico um pouco confuso, parecendo tratar-se de um circuito bifásico 10 . Contudo, a teoria está bem discutida para o público alvo.

3ª) GONÇALVES FILHO, A.; TOSCANO, C. Física São Paulo: Scipione, 2009, vol. único

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Figura 5 - UHE de Itaipu. Fonte: Gonçalves Filho &amp; Toscano, 2009, p. 107.

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No capítulo de energia, apresenta-se uma figura da UHE de Itaipu, (figura 5) com as comportas do vertedouro abertas. Na parte teórica não há descrição de nenhum detalhe, tampouco as transformações de energia.

Figura 6 - UHE sem referência.

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Figura 7 Desenho do circuito elétrico: da usina até a residência.

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Fonte: Gonçalves Filho &amp; Toscano, 2009, p.302.

No tratamento de eletricidade e magnetismo são mostradas na mesma página as figuras 6 e 7. A primeira corresponde a uma foto de uma UHE com as comportas do vertedouro abertas, sem a devida identificação e a segunda um desenho muito ruim, sem os detalhes básicos, inclusive com equívocos tais como: rede de transmissão partindo da usina com apenas dois fios até a residência; ausência de rede secundária 11 ; fios que não passam pelo transformador.

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Figura 8 - Esquema de uma UHE. Fonte: Gonçalves Filho &amp; Toscano, 2009, p. 377.

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A figura 8 mostra esquema ilustrativo simplificado, dando a impressão de uma possível usina suspensa sobre a água. Novamente saem dois fios do transformador, indo para onde? Sem abordar as transformações de energia, os autores afirmam:

' Nas usinas hidrelétricas, esse tipo de movimento é obtido com a queda de água represada de uma certa altura. Tendo sua vazão controlada por uma tubulação, a água em queda adquire energia suficiente para colidir com as pás da turbina e, assim girar o circuito fixado ao eixo do gerador elétrico.' (GONÇALVES FILHO &amp; TOSCANO, 2009, p.377).

O texto, apesar de razoável, é voltado para um entendimento introdutório, sem aprofundamentos. Nada é mencionado sobre a constituição do gerador elétrico, nem ao menos dos eletroímãs que fazem parte da sua estrutura física.

4ª) TORRES, C. M. A.; PENTEADO P. C. M. Física : Ciência e Tecnologia. São Paulo: Moderna, 2006. 3v.

Os volumes 1 e 2 não tratam do assunto. No volume 3, são abordados o motor de corrente contínua, o alternador 12 e também é feita uma razoável discussão sobre o comutador. Entretanto, na figura 9 a representação de uma UHE é pobre em detalhes com descuido na proporção de água como apresentado anteriormente. Os autores apenas mencionam que a energia mecânica de rotação das turbinas se converte em energia elétrica.

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Figura 9 Desenho representativo de uma usina. Fonte: Penteado &amp; Torres, 2006, p. 106.

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Figura 10 Diagrama em bloco e desenho do circuito de energia elétrica. Fonte: Penteado &amp; Torres, 2005, p. 108.

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Na figura 10 mostra-se um diagrama em blocos e uma seqüência de fotos representativa do circuito de energia elétrica da usina até a cidade. Há dois erros nesta abordagem: o primeiro refere-se ao diagrama em blocos. Após a chegada da energia elétrica à linha de distribuição da cidade, não há subestação abaixadora 13 (SE) para alimentar um possível consumidor comercial e sim, transformador, quando necessário. O segundo erro refere-se à terceira figura da esquerda para a direita na parte superior. Essa foto corresponde a uma rede de fios de telefone e não a uma rede de energia elétrica.

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A obra possui uma ótima abordagem sobre a leitura e interpretação do consumo de energia elétrica residencial, além da explicação do princípio de funcionamento do medidor de energia elétrica.

5ª). SAMPAIO, J. L. P.; CALÇADA, C. S. V. Universo da Física . São Paulo: Atual, 2009. 3v.

Figura 11 - Representação de uma UHE. Fonte: Sampaio &amp; Calçada, 2009, p. 375. v.1.

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No volume 1, há uma foto da UHE de Itaipu com as comportas abertas semelhante à figura 5 e na mesma página é mostrado um esquema de uma UHE também muito simplificado, (figura 11). O livro aborda de forma simples os processos de transformação de energia. O volume 2 não trata do assunto. No volume 3, a figura 12 apresenta uma ilustração também simplificada de uma UHE com a mesma característica das figuras 3 e 9. É mencionado apenas que a rotação das espiras se deve à utilização de quedas d'água.

Figura 12 Representação de uma usina. Fonte: Sampaio &amp; Calçada, 2009, p. 31. v.3.

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6ª) SAMPAIO, J. L. P.; CALÇADA, C. S. V. Universo da Física . São Paulo: Atual, 2008. vol. único.

O livro trata do tema mais superficialmente se comparado à coleção seriada dos mesmos autores. Os autores afirmam que: 'a energia potencial da água do reservatório é usada para girar uma turbina; esta, por sua vez, também vai girar o eixo rotor do gerador' (Sampaio &amp; Calçada, 2003, p. 381). São utilizadas as mesmas fotos das obras em separado, como a ilustração da figura 12 e uma foto da UHE de Itaipu com as comportas do vertedouro abertas, seguida da afirmação de que as quedas d'água são usadas para movimentar o gerador. Os autores afirmam ainda:

' A água sofre uma queda (fig.12), ganhando energia cinética e movimentando as turbinas (sistema de pás semelhante a um ventilador) que vão movimentar o gerador que, por sua vez, vai produzir a corrente elétrica'. (SAMPAIO &amp; CALÇADA, 2003, p.381).

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O princípio de funcionamento de uma turbina hidráulica é diferente do ventilador. Entende-se que esta analogia não é interessante, pois turbinas hidráulicas não são definidas por sistemas de pás, o que pode acabar confundindo o aluno. Compreende-se analogias como comparações entre dois conteúdos, em que as duas estruturas apresentam similaridades a serem destacadas e diferenças a serem analisadas e, o seu uso como recurso didático pedagógico, amplamente estudado através do modelo TWA (teaching with analogies), requer um seqüenciamento adequado 14 , o que não ocorre no texto em foco.

## 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Reconhecendo o Livro Didático como o recurso pedagógico mais disseminado entre alunos e professores, discute-se o tratamento dado às Usinas Hidrelétricas nas obras recomendadas pelo PNLEM 2007, sobretudo para sua utilização como material de apoio preparatório e sintetizador às visitas em UHEs.

Observa-se que, pouco é abordado nestas obras sobre UHEs. De fato, o conjunto das obras segue uma linha de exposição bem semelhante, sem aprofundamentos, exemplificações ou dicas de leituras complementares. O tema só é abordado, de forma razoável, quando se discute a indução eletromagnética, especificamente o gerador/alternador. Nota-se ainda que as obras tratam o assunto muito superficialmente, não havendo discussões detalhadas das partes de uma UHE, além de imagens muito ruins, algumas inclusive com erros, conforme descrevemos. A única parte razoavelmente abordada na maioria dos livros diz respeito ao alternador.

Em quase todos os livros analisados, verificam-se fotos de usinas com as comportas abertas e um discurso repetitivo de que a energia elétrica é obtida através das quedas d'águas, induzindo o aluno a pensar equivocadamente que uma usina gera energia apenas quando as comportas do vertedouro estão abertas.

Os Impactos Ambientais não são discutidos em nenhum dos livros analisados, não potencializando a visita técnica como problematizadora do meio, o que permitiria estabelecer uma relação mais direta entre o conteúdo escolar e a realidade, com o aluno se percebendo como sujeito da sociedade em que vive. Sabe-se que nas usinas hidrelétricas o potencial de aprendizado é muito grande, tanto no trato interdisciplinar, quanto internamente à própria Física. Dessa forma, reitera-se uma especial atenção para um bom planejamento curricular tendo em vista a diversidade de conteúdos implícitos nesse local.

Para o aprofundamento do tema, sobretudo para promoção de uma VT, sugere-se a consulta em fontes específicas, várias delas referenciadas neste artigo, capazes de ultrapassar a abordagem dos LD recomendados no PNLEM-2007 em função das fragilidades apontadas no presente trabalho.

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## Referências

ABNT. NBR 6445: Turbinas Hidráulicas - Bombas e Bombas Acumulação. Rio de Janeiro, 1987.

BRASIL. Conselho Nacional de Educação. Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Brasília, 1998.

BRASIL. Lei 9.394, de 23 de dezembro de 1996. Lei de Diretrizes e Bases da Educação. Diário Oficial da União. Brasília, 1996.

BRASIL. MEC. SEMTEC. Parâmetros Curriculares Nacionais - Ensino Médio: Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília, 2000.

BRASIL. MEC. SEMTEC. Parâmetros Curriculares Nacionais +: Ensino Médio: Orientações Educacionais Complementares aos PCN. Brasília, 2002.

CEMIG. Comportamento da Geração de um Sistema Elétrico . Belo Horizonte: CEMIG, 2006. Apostila.

CONTENÇAS, P. A eficácia da metáfora na produção da ciência. In: CRUZ, A. O. Epistemologia e Sociedade . Lisboa: Instituto Piaget, 1999.

COZZA, M. M. R.; Santos O. R. A. G. Geografia Estudo do Meio : Informes e Documentos. Projeto Araribá. Moderna, 2004.

DUIT, R. On the role of analogies and metaphors in learning science. Science Education . v. 75, n. 6, p. 649-672, 1991.

ELETROBRÁS. Itaipu Hydroelectric Project: Engineering Features. Itaipu Binacional. Curitiba, 1994.

Enciclopédia Delta Universal. Gerador Elétrico . Rio de Janeiro: Delta, 1986. v.7. p 3690-3695.

ERBISTI F. ; Cezar P. Comportas Hidráulicas : 2.ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2002.

GLYNN, S. M.; LAW, M.; GIBSON, N.; HAWKINS, C. H. Teaching science with analogies : a resource for teachers and texbooks authors. (1998). Disponível em: www.teach.virginia.edu/go/clic/nrrc/scin\_ir7.html Acesso em 12/03/2010

NAGEM, R. L., CARVALHÃES, D. O., DIAS, J. A. Y. T., Uma proposta de metodologia de ensino com analogias. Revista Portuguesa de Educação , v. 14, n. 1,2001, Universidade do Minho, Braga, Portugal, p. 197-213.

ROHATGI, J. S. ; VERÇOSA A. M. Turbinas e bombas hidráulicas : conceitos básicos com problemas resolvidos e exercícios. Recife: Ed. Universitária da UFP, 1999.

SCHREIBER, G. P. Usinas Hidrelétricas . São Paulo: Edgard Blücher, 1977.

SIMONE, A. G. Centrais e Aproveitamentos Hidrelétricos : Uma introdução ao estudo. São Paulo: Érica, 2000.

TERRAZZAN, E.A.; PIMENTEL, N. L.; SILVA, L. L.; BUSKE, R.; AMORIM, M. A. L. Estudo das analogias utilizadas em coleções didáticas de física, química e biologia. Ensenanza de lãs ciências , 2005. Numero extra.

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