CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO

O protótipo desenvolvido para simular o efeito estufa tem o seu funcionamento baseado no controle de sensores de pressão, temperatura e humidade por meio de uma plataforma de arduino, somado a esta disposição, o sistema é capaz de armazenar e ilustrar graficamente as medidas mensuradas. O equipamento é composto por dois ambientes limitado por cúpulas de vidros, conforme ilustrado na figura 4.

As cúpulas são idênticas e possuem espaços internos iguais e suficientes para suportar os protoboards (também conhecido como matriz de contato) com os sensores e sobrar um volume de ar suficiente para realizar o experimento.

Na escolha do Arduino foi considerado vários fatores, o mais relevante se deu pelo fato de ser uma plataforma aberta de fácil utilização e dispor de numerosos materiais que ensinam a manuseá-lo, além de possuírem inúmeras comunidade em redes sociais que compartilham experiências no uso dessa tecnologia eminente. A figura 5 demonstra o Arduino utilizado na construção do protótipo.

Figura 4. Fotografia do protótipo montado, apresentando os dois ambientes delimitados pelas cúpulas de vidro.

Figura 5. Fotografia do sistema de ligação interna do protótipo construído, ilustrando a plataforma Arduino utilizada no projeto.

Um dos potenciais do Arduino decorre do fato que esta plataforma pode mapear o ambiente ao receber informações de uma série de sensores, somado a esta propensão, ele ainda pode controlar objetos por meio de ligações mecânicas com motores de passo por exemplo (MCROBERTS, 2011).

Na montagem da parte física do protótipo foi utilizado o sensor DTH11, fabricado pela AOSONG, este dispositivo detecta valores de umidade no range 20 à 90% RH, com repetitividade de 1% RH e precisão aos 25º de mais ou menos 5% RH. Este sensor

também mede temperaturas na faixa de 0 °C a 50 °C, com repetitividade de  1 °C e precisão de  1 °C. Dentro das cúpulas também foi instalado o sensor BMP085 fabricado pela Bosch, o qual é projetado para medir pressão atmosférica, na faixa que vai de 300 hPa a 1100 hPa. Este sensor foi utilizado com a finalidade de monitorar a pressão nos dois ambientes do experimento, desta forma, pode-se observar que o fato de introduzir gás de CO2 em um dos ambientes, a pressão permanece praticamente a mesma, ou seja, demonstra que este fato não influencia na pressão local e consequentemente na temperatura e, que toda a variação de temperatura observada será referente ao processo de intensificação do efeito estufa, causado pela presença do gás intensificador do efeito estufa. Para alocar os sensores dentro das cúpulas foram utilizado um protobord, que também são conhecidos como matriz de contato, este dispositivo permite a montagem de circuitos eletrônicos, a grande vantagem de utilizar protoboards consiste no fato que o circuito pode ser alterado de forma prática e rápida, sendo possível corrigir erros de projeção apenas modificando o posicionamento dos fios de ligação nos borns das matriz de contato. A figura 6 demonstra uma das ligações utilizadas no experimento.

Figura 6. Fotografia do sensor BMP085 fabricado pela Bosch, conectado a matriz de contato.

O software utilizado para programar o arduino foi o Arduino (IDE), este programa é disponibilizado na pagina oficial do Arduino (https://www.arduino.cc/). Uma das vantagens deste programa é que a versão mais atual está sempre disponível na pagina de download sem custo para obtê-lo. Após a devida instalação do software e dos drivers de comunicação, o projetista poderá dar inicio a escrita do código de programação, também conhecido como Sketch no Arduino. Como náo é objetivo desse capítulo

decorrer sobre os códigos de programação, aos leitores que tiverem maior interesse nesta parte técnica do trabalho pode está acessando o blog do Professor Paulo Renda (http://paulorenda.blogspot.com.br) e obter maiores detalhes sobre estre processo.

A ideia de construir dois ambientes distintos provém da premissa de confrontar a dinâmica energética de ambos. O primeiro é classificado como ambiente controle, onde as condições naturais dos ambientes são conservadas, o segundo consiste no espaço amostral, nele é introduzido uma quantidade de CO2 no ar sob a cúpula, este procedimento acontece por meio de dutos fechados que ligam o interior da cúpula a um cilindro externo contendo gás de CO2 comprimido. Em seguida, ambas as cúpulas são radiadas por ondas eletromagnéticas de mesmas intensidades e, os dados da variação da temperatura e pressão são coletados, armazenados e exposto por meio de um gráfico construído em tempo real, que exibe a variação de temperatura interna em função do tempo de exposição a radiação. O dispositivo arquitetado é apresentado na figura 7.

Figura 7. Fotografia do conjunto experimento, composto por um computador e o protótipo desenvolvido.

A sequencia desenvolvida na projeção deste protótipo atreladas ao posicionamento e a programação dos dispositivos utilizados, permite realizar a simulação do efeito estufa e do aquecimento global. A seguir, vamos apresentar os resultados experimentais alcançados da execução dos experimentos e ressaltar como eles valida o funcionamento do equipamento para o propósito ao qual foi projetado.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

O primeiro resultado apresentado consiste na legitimação do funcionamento equivalente dos sensores alocado em cada cúpula, este teste é importante pelo fato de demonstrar que os sensores fornecem o mesmo conjunto de dados quando submetidos as mesmas condições físicas. O resultado experimental desta etapa preliminar está ilustrado na figura 8.

Figura 8. Gráfico da variação da temperatura em função do tempo dos sensores posicionados nos dois ambientes distintos do protótipo.

Esta medida preliminar foi iniciada com o equilíbrio térmico entre os sensores, em seguida, foram irradiadas a mesma quantidade em ambos, por um período de 18 minutos, então as fontes de radiação foram desligadas e, os dados foram coletados por mais 13 minutos. Os resultados obtidos foram satisfatórios, tendo em vista que a variação entre eles não ultrapassou 1 ⁰C. A segunda medida foi realizada com configurações distintas para cada ambiente, um com a cúpula de vidro e o outro sem. A figura 9 ilustra a montagem utilizada.

Esta configuração foi escolhida para simular a atmosfera do planeta terra, neste caso, representada pela cúpula de vidro, a qual tem a função de aprisionar o ar quente em seu interior. Simulando o efeito estufa. A figura 10 demonstra os dados obtidos nesta medida.

10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30

TEMPERATURA (°C)

TEMPO (min)

SENSOR DTH11_1 SENSOR DTH11_2

Figura 9. Fotografia do experimento realizado, no ambiente da esquerda o sensor fica livre, enquanto no da direita o sensor fica dentro do ambiente delimitado pela cúpula de

vidro, a qual simula a atmosfera do Planeta Terra.

Figura 10. Gráfico da variação da temperatura em função do tempo para dois ambientes, um com a cúpula de vidro simulando a atmosfera terrestre e o outro sem.

A curva da temperatura do ambiente delimitado pela cúpula apresentou um maior aquecimento durante todo o experimento, como pode ser evidenciado na figura 9 e, atingiu um pico de temperatura de 47 C, enquanto o ambiente livre apresentou o valor máximo de 38 C, além de uma temperatura média menor. No processo de resfriamento, que consiste no ato de desligar as fontes de radiação e medir o decaimento da

15 20 25 30 35 40 45 50

0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18

TEMPERATURA (°C)

TEMPO (min)

TEMP COM CUPULA TEMP SEM CUPULA

temperatura em função do tempo, simulando o período noturno em que a luz do sol não atinge a superfície do planeta. O desempenho foi inverso ao do aquecimento, ou seja, o ambiente que simulou o planeta terra com a sua atmosfera, apresentou uma taxa menor de perca de energia térmica, demonstrando a importância da atmosfera terrestre para a manutenção da vida no planeta, pois ela tem a função de evitar a perda de energia durante o período noturno, evitando uma variação abrupta de temperatura, a qual seria insuportável para muitos dos seres vivos que abitam a Terra. E, o outro ambiente apresentou um resfriamento mais rápido, em outras palavras, apresentou uma taxa maior no decréscimo da temperatura, demonstrando a perda de energia térmica para o ambiente pela dissecação do calor, fato este, que acontece por não possuir uma barreira de contenção, que no caso da terra, quem tem este papel é a atmosfera terrestre.

A terceira configuração do protótipo consiste em demonstra a intensificação do efeito estufa, neste processo, os dois ambientes são delimitados pelas cúpulas de vidros, ambos possuem as mesmas dimensões, porém, em um deles é aumentado à concentração de CO2, este gás foi direcionado até o interior da cúpula por meio de dutos que estão lidados a um cilindro que contêm CO2 comprimido, com isto, este que é um dos gases do efeito estufa estará presente em maior concentração dentro do referido ambiente, simulando a emissão de gases para a atmosfera terrestre que acontece principalmente por meio da queima de combustíveis fósseis. Na figura 11, os resultados desta medida são expostos.

Figura 11. Gráfico da variação da temperatura interna das cúpulas em função do tempo, em um ambiente a concentração de CO2 foi aumentada, enquanto no outro as

Observa-se que o ambiente que teve a concentração de CO2 aumentada, apresentou uma temperatura média maior durante todo o experimento, essa diferença apresentou uma diferença máxima de 2ºC no transcorrer de toda medida. Com este resultado, pode-se observar que a concentração de CO2 presente no ar tem influencia direta na temperatura média do ambiente, demonstrando assim, o fenômeno de intensificação do efeito estufa causado pela concentração elevada dos gases do efeito estufa na atmosfera do Planeta Terra. Para validar este resultado apresentado foi realizado simultaneamente a medida da pressão interna nas duas cúpulas, pois o aumento do número de moles na primeira cúpula pode causar o aumento da pressão e, por conseguinte o da temperatura, fenômeno descrito pela lei dos gases ideais. A figura 12 mostra a variação da pressão interna nas duas cúpulas durante o tempo de execução do experimento, nota-se que as duas curvas experimentais apresentaram comportamento praticamente idênticos, as pequenas oscilações podem ser atribuídas a incerteza relacionadas ao Datasheet dos sensores.

Figura 12. Gráfico da variação da pressão interna das cúpulas em função do tempo, em um ambiente a concentração de CO2 foi aumentada, enquanto no outro as

condições ambientes foram preservadas.

O resultado da variação da pressão interna dos dois ambientes limitados pelas cúpulas, corrobora com a tese que o aumento da concentração de CO2 influencia diretamente na temperatura média do ambiente, ratificando o resultado que demonstra

98000 99000 100000 101000 102000 103000

0 5 10 15 20 25

Pressão (Pa)

Tempo (min)

PRESSÃO COM AUMENTO DE CO2 PRESSÃO SEM AUMENTO DO CO2

a intensificação do efeito estufa. Com uma analise ampla de todos os resultados obtidos pelo protótipo projetado fica evidente o potencial do aparato experimental em simular o efeito estufa e o aquecimento global qualitativamente com êxito. Por fim, pode-se destacar a potencialidade do equipamento para uso com fins didáticos, podendo ser utilizado em sala de aulas para enriquecer o processo de ensino aprendizado do tema supracitado.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Em suma, o protótipo desenvolvido permite simular o fenômeno de intensificação do efeito estufa e demonstrar o aquecimento global, proporcionando resultados práticos para substanciar a discursão o tema em questão. Um dos potenciais deste produto é por exemplo, em uma aula experimental que aborde o tópico sobre meio ambiente e clima, com este experimento, os telespectadores poderão entender na prática os conceitos que norteiam o funcionamento das questões climática discutidas atualmente, além de proporcionar um aprendizado sobre conceitos fundamentais de termodinâmica. Com o proposito de viabilizar a construção, utilização e divulgação deste protótipo, o usuário pode acessar o blog: http://paulorenda.blogspot.com.br/, onde além dos detalhes técnicos de montagem e manuseio do equipamento, também está disponibilizado um campo para questionamento de eventuais duvidas e resultados de experimentos realizados. Todo este arcabouço tem como objetivo central a difusão do conhecimento no que tange os conceitos de efeito estufa e a importância do mesmo para a permanência da vida no Planeta Terra e, disseminar a discursão sobre as alterações climáticas que nosso planeta pode vim a sofrer em detrimento das ações do ser humano.