DESENVOLVIMENTO DE UM RECURSO DIDÁTICO PARA O ENSINO DE ENERGIA UTILIZANDO UM GERADOR EÓLICO BASEADO EM PLATAFORMA ARDUINO

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## DESENVOLVIMENTO DE UM RECURSO DIDÁTICO PARA O ENSINO DE ENERGIA UTILIZANDO UM GERADOR EÓLICO BASEADO EM PLATAFORMA ARDUINO

Amancio, Henrique 1 , Medeiros, Luis Davi da Silva 2 , Santos, Antônio Marques 3 , Oliveira, Erlania Lima 4 , Martins, Rafael Castelo Guedes 5 ,

1 Universidade Federal Rural do Semiárido, UFERSA-Mossoró, e-mail:

amanciohenrique10@gmail.com

2 Universidade Federal Rural do Semiárido, UFERSA-Mossoró, e-mail:

luis.medeiros63956@alunos.ufersa.edu.br

3 Instituto Federal do Rio Grande do Norte - IFRN-Natal, e-mail: antonio.marques@ifrn.edu.br Universidade Federal Rural do Semiárido, UFERSA-Mossoró, e-

mail: erlania@ufersa.edu.br

5 Universidade Federal Rural do Semiárido, UFERSA-Mossoró, e-mail:

rcastelo@ufersa.edu.br

## RESUMO

A energia é um conceito central na ciência e em nossas vidas diárias, sendo sua definição precisa desafiadora devido à sua aplicação em diversas disciplinas e contextos. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um mini gerador eólico baseado na plataforma Arduino®, proposto como um recurso didático de baixo custo para o ensino de energia nas escolas. O gerador é equipado com sensores para medir tensão (volts), corrente (amperes) e resistência (ohms), proporcionando aos estudantes uma ferramenta prática para compreender os princípios básicos do funcionamento de um gerador eólico, bem como a conversão da energia cinética do vento em energia elétrica. Além de explorar conceitos técnicos, o projeto incentiva a reflexão sobre o uso de fontes alternativas de energia e a redução do impacto ambiental associado às fontes tradicionais. A energia eólica é destacada por ser uma alternativa renovável e ambientalmente sustentável para a geração de eletricidade. Espera-se que o recurso didático desenvolvido contribua significativamente para o aprendizado prático dos estudantes e a conscientização sobre a importância de fontes energéticas mais sustentáveis.

Palavras-chave: Arduino®. Mini gerador eólico. Energia Renovável.

## 1. INTRODUÇÃO

O conceito de energia tem sido fundamental ao longo da história, desde as primeiras civilizações até os dias atuais. Em Física, a energia é definida como a capacidade de um sistema realizar trabalho, uma definição que, apesar de sua utilidade, é frequentemente desafiadora devido às suas múltiplas aplicações e interpretações. A dificuldade em conceituar a energia de maneira precisa decorre de sua presença em diversos contextos e disciplinas, exigindo uma

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compreensão que vai além da abstração (Barbosa, 2006). No contexto educacional, essa complexidade se reflete na dificuldade dos alunos em compreender e aplicar conceitos energéticos de forma prática.

Para enfrentar esse desafio, o desenvolvimento de recursos didáticos que promovam uma compreensão prática e teórica da energia torna-se crucial. Este estudo propõe o desenvolvimento de um mini gerador eólico baseado na plataforma Arduino® como uma ferramenta pedagógica acessível e eficiente. O gerador utiliza sensores para medir tensão, corrente e resistência, oferecendo uma abordagem prática para o estudo da conversão da energia cinética do vento em energia elétrica. Além disso, o projeto visa aumentar a conscientização sobre a importância das fontes alternativas de energia, especialmente em um contexto de crescente preocupação ambiental e necessidade de práticas sustentáveis.

A energia eólica, por sua natureza renovável e limpa, oferece uma alternativa sustentável à geração de energia elétrica tradicional. Em regiões como o Nordeste do Brasil, caracterizadas por ventos fortes e constantes, a implementação de parques eólicos representa uma oportunidade significativa para o aproveitamento deste recurso natural. A plataforma Arduino® destaca-se por sua versatilidade e acessibilidade, facilitando a integração de sensores e o desenvolvimento de projetos educativos que abordam conceitos fundamentais da Física. Sua aplicação em ambientes educacionais promove a interação prática com os conceitos estudados, permitindo aos alunos analisar, testar e debater soluções para desafios reais (Bloomfield, 2005).

É crucial para entender o efeito das inovações tecnológicas na sociedade e no ambiente natural. Na análise da energia eólica, isso se evidencia ao investigar como o progresso tecnológico possibilitou o desenvolvimento de turbinas eficazes, diminuindo a necessidade de combustíveis fósseis. Ao elucidar conceitos como torque, momento angular e potência, a Física contribui para o entendimento do funcionamento dessas turbinas. Ao aderir à CTSA, a educação em Física fomenta uma perspectiva crítica e sustentável, enfatizando a relevância das energias renováveis na luta contra as alterações climáticas.

Além disso, a metodologia de ensino baseada na plataforma Arduino® se alinha com a teoria da aprendizagem mediada de Vygotsky, que enfatiza a

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importância da interação ativa e do suporte do professor para o desenvolvimento cognitivo dos alunos (Karpov, 2003). A proposta de utilizar um mini gerador eólico como recurso didático visa não apenas ensinar sobre energia, mas também estimular a reflexão sobre práticas sustentáveis e a importância da inovação tecnológica no contexto educacional. Este artigo busca, portanto, desenvolver e avaliar a eficácia desse recurso didático, oferecendo aos educadores uma ferramenta inovadora para o ensino de energia, alinhada com as necessidades contemporâneas de sustentabilidade e inovação tecnológica.

## 2. METODOLOGIA

## 2.1. Objetivo e Enfoque

Este trabalho visa desenvolver um recurso didático para o ensino de energia, utilizando um mini gerador eólico baseado na plataforma Arduino®. O foco está na construção e prototipagem de um sistema de baixo custo que ilustre conceitos de geração de energia renovável em um ambiente educacional, que fomentará uma reflexão de como a energia eólica impacta socialmente e economicamente o nosso cotidiano.

## 2.2. Revisão Bibliográfica e Estudos Preliminares

A metodologia adotada inclui uma revisão bibliográfica detalhada sobre a prototipagem com a plataforma Arduino® e a construção de geradores eólicos. Estudos prévios e práticas experimentais foram analisados para fundamentar o desenvolvimento do protótipo e a escolha dos componentes.

## 2.3. Materiais e Componentes Utilizados

Os materiais e componentes utilizados na construção do gerador eólico são os seguintes:

- · Pás: PVC ou Fibra de Vidro.
- · Rotor: Eixo central, adaptado de motores de impressoras, toca-CDs, etc.
- · Nacelle: Joelho de Cano de 25 cm (PVC ou similar).
- · Gerador Elétrico: Pequeno Alternador, motor de impressora, motor de toca-CD ou Dínamo.

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- · Torre de Sustentação: Metal, PVC ou outro material resistente.
- · Controlador de Carga: BMS (Battery Management System).
- · Bateria: Chumbo-ácido ou Íons de Lítio.
- · Placa Arduino®: Arduino® Uno (ou equivalente).
- · Cabos Elétricos: Fios para interligação dos componentes.
- · Diodos de Bloqueio: Modelo 1N4007.
- · Resistores: Especificações dependentes do circuito.
- · Capacitores: Especificações dependentes do circuito.

## 2.4. Montagem do Sistema

A montagem do sistema foi realizada seguindo os seguintes passos:

- · Construção das Pás: As pás foram confeccionadas em PVC ou fibra de vidro, materiais leves e resistentes, para captar a energia do vento e convertê-la em movimento rotacional.
- · Instalação da Nacelle: A nacelle foi montada utilizando um joelho de cano de 25 cm para proporcionar suporte e proteção ao gerador elétrico.
- · Montagem da Torre: A torre foi construída em metal, PVC ou outro material resistente para garantir estabilidade e durabilidade ao sistema.
- · Instalação do Gerador Elétrico: Um pequeno alternador ou dínamo foi instalado para converter a energia mecânica em elétrica. O gerador foi conectado ao eixo do rotor.
- · Integração dos Componentes Elétricos: Os componentes elétricos foram interligados por cabos elétricos. Diodos de bloqueio foram usados para evitar o retorno de corrente ao gerador, e resistores e capacitores foram aplicados conforme necessário para ajustes no circuito.

## 2.5. Funcionamento do Sistema

O funcionamento do sistema é descrito da seguinte forma:

- · Captação da Energia: As pás giram em torno do eixo central quando o vento as atinge, gerando movimento rotacional.

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- · Conversão de Energia: O movimento rotacional é transmitido ao gerador elétrico, que converte a energia mecânica em elétrica.
- · Controle e Armazenamento: A energia elétrica gerada é direcionada para um controlador de carga, que gerencia a carga da bateria e evita sobrecargas. A energia armazenada é utilizada para alimentar a placa Arduino®.
- · Monitoramento e Medidas: O Arduino® realiza medições de tensão, corrente e resistência, possibilitando o monitoramento do desempenho do sistema e ajustes para otimização.

## 2.6. Esquema do Protótipo

O esquema sequencial do protótipo é apresentado na Figura 1, ilustrando a montagem e integração dos componentes do sistema.

Figura 1: Esquema sequencial do protótipo

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## 2.7. Reflexão sobre os impactos sociais e econômicos

Ao contrário dos combustíveis fósseis, a energia eólica não emite gases de efeito estufa nem poluentes atmosféricos, contribuindo para a redução das emissões de carbono e para a mitigação das mudanças climáticas. A indústria de energia eólica gera empregos e fomenta o desenvolvimento econômico nas comunidades onde são instalados parques eólicos, oferecendo possibilidades de investimento e progresso sustentável.

A energia eólica, uma das principais fontes renováveis, é obtida pela conversão da energia cinética dos ventos em eletricidade. Seu uso comercial

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vem crescendo nos últimos 30 anos, com contribuições significativas da indústria aeronáutica, que impulsionou o desenvolvimento de equipamentos mais eficientes e sofisticados (MACHADO, 2015).

## Resultados Esperados

O impacto ambiental causado pelas formas tradicionais de geração de energia elétrica é um fator preocupante, e a energia eólica se apresenta como uma alternativa viável para a geração sustentável de energia. Conscientizar a sociedade sobre a importância do aproveitamento dos recursos naturais como fontes alternativas de energia é essencial para a construção de um futuro mais sustentável.

No contexto educacional, é urgente a necessidade de criar atividades práticas em sala de aula que promovam o debate sobre importantes conceitos físicos, permitindo que os estudantes analisem, testem e proponham soluções para os desafios apresentados. O desenvolvimento do protótipo do gerador eólico demonstrou ser uma ferramenta didática eficaz, oferecendo uma solução de baixo custo para transformar a energia cinética das correntes de ar em energia elétrica, através de um gerador baseado na plataforma Arduino®.

Os testes iniciais indicaram que o protótipo do gerador eólico foi eficiente na conversão da energia cinética do vento em energia elétrica. As medições realizadas, incluindo tensão e corrente geradas, mostraram uma produção de energia consistente e adequada para pequenos dispositivos, especialmente sob condições de vento moderado. A energia gerada foi armazenada eficazmente na bateria, assegurando uma fonte renovável e contínua.

## Considerações Finais

Este estudo confirma que o uso de protótipos em sala de aula pode facilitar a compreensão de conceitos complexos de física e energia, ao mesmo tempo em que promove a conscientização sobre o uso de energias renováveis. A implementação de recursos didáticos como este pode incentivar o interesse dos alunos nas áreas de ciência e tecnologia, além de contribuir para a formação de cidadãos mais conscientes e engajados com as questões ambientais.

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Por fim, sugere-se a ampliação dos testes para diferentes condições de vento e o aperfeiçoamento do protótipo para aumentar sua eficiência e aplicabilidade em contextos educacionais variados. Futuras pesquisas podem explorar a integração de outros tipos de energias renováveis, proporcionando um leque ainda maior de possibilidades didáticas.

## Referências

BARBOSA, João Paulino Vale; BORGES, Antonio Tarciso. O entendimento dos estudantes sobre energia no início do ensino médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 23, n. 2, p. 182-217, 2006.

BLOOMFIELD, Louis A. Como as coisas funcionam: a física da vida cotidiana. John Wiley &amp; Sons, 2015.

DE CASTRO BURATTINI, Maria Paula T. Energia: uma abordagem multidisciplinar. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2008.

DELIZOICOV, Demétrio. La educación en ciencias y la perspectiva de Paulo Freire. Alexandria: Revista de Educação em Ciência e Tecnologia, v. 1, n. 2, p. 37-62, 2008.

KOZULIN, A. Vygotsky's educational theory in cultural context. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.

MEDEIROS, C. F.; MEDEIROS, A. Brincando e aprendendo com mistério. ABC Educativo: A Revista da Educação, p. 11, 2004.

PICOLO, A. P.; BUHLER, A. J.; RAMPINELLI, G. A. Uma abordagem sobre a energia eólica como alternativa de ensino de tópicos de física clássica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, n. 4, p. 4306, 2014.

MACHADO, C. P et al. Energia Eólica no Brasil: aspectos de desenvolvimento. ANAIS DA XI MOSTRA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DO CESUCA. n. 9, p. 244-254, 2015.

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XXVI Simpósio Nacional de Ensino de Física - SNEF 2025

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