Temos descrito com freqüência em nosso site e outras publicações, montagens didáticas simples que possam agregar o uso da tecnologia como tema transversal do ensino médio e fundamental. O motor elétrico, VM-1, fonte alternativa de energia, canhão eletromagnético e aerobarco são alguns exemplos em que descrevemos projetos simples envolvendo eletricidade, eletrônica e mecatrônica acessíveis ao alunos do nível fundamental e médio (veja nossa seção de artigos didáticos e apostilas). Pois bem, voltamos agora com um projeto que aplicamos aos alunos da quarta série do ensino fundamental do Colégio Mater Amabilis já há vários anos, com sucesso: a montagem de uma instalação elétrica domiciliar numa maquete de 3 cômodos. (veja no foto-log do site fotos dos alunos realizando esta montagem)
Como todo projeto que visa usar tecnologia no ensino de ciências para as escolas de nível fundamental e médio, alguns pontos importantes foram observados na sua elaboração.
O primeiro refere-se ao uso de material extremamente barato, já que o kit completo não deve custar mais do R$ 5,00 para cada montagem. As lâmpadas foram previamente preparadas com fios, e os interruptores convencionais foram improvisados com clipes de papel. Obtém-se desta forma uma montagem simples, acessível, sem a necessidade do aluno ter de trabalhar com ferramentas complexas ou perigosas para sua idade.
A própria maquete é construída com material improvisado, como caixas de sapato, etc. Observamos que em 2012, com a atualização deste artigo, sugerimos outras soluções mais econômicas para a maquete como o uso de LEDs brancos em série com resistores de 220 ohms. O custo é menor e também temos a vantagem de um menor consumo. Nesta atualização damos e revisão final damos algumas sugestões importantes para novos projetos de maquete.
O Projeto
O que propomos com este projeto é a montagem de uma maquete numa caixa de papelão, sobre uma base de cartolina ou outro material, de uma residência de 3 cômodos contendo uma instalação elétrica para um sistema de iluminação com 3 lâmpadas.
O circuito é alimentado por 2 pilhas pequenas e as lâmpadas são do tipo usado em lanternas para 2,7 V ou 3,3 V (que são as mais comuns e baratas).
O aluno vai montar a maquete e fazer a instalação das lâmpadas, cada qual controlada por um interruptor e da fonte de energia que consiste no suporte com as duas pilhas.
Com a elaboração da instalação o aluno vai ter os seguintes conceitos básicos de eletricidade, muito importantes para a física (ciência) estudada paralelamente:
* Reconhecer ligações série/paralelo
* Ter idéia de como funciona a instalação de uma residência
* Avaliar o consumo de energia
* Saber como funciona um interruptor
Como Funciona
Vamos alimentar três lâmpadas incandescentes de baixa tensão controladas por 3 interruptores a partir de uma fonte única de energia. Isso significa que cada lâmpada e interruptor serão ligados em série, e cada conjunto lâmpada/ interruptor será associado em paralelo para conexão à fonte de energia, conforme mostra a figura 1.
Isso nos permite falar em associação em série, caso de cada interruptor e lâmpada de modo que a interrupção da corrente em um impede a passagem da corrente no outro.
Também nos permite falar na ligação em paralelo, em que cada conjunto lâmpada/interruptor fica conectado à fonte de energia funcionando de modo independente. Uma idéia é acrescentar ainda um pequeno buzzer piezoelétrico de baixa tensão e um botão adicional para a campainha da casa. Atualmente já podemos encontrar no mercado especializados buzzers de baixo custo para esta aplicação.
Montagem
a) Parte mecânica - maquete
A maquete pode ser feita de papelão ou outro material de fácil trabalho. Uma caixa de sapatos é uma solução simples, bastando que sejam feitas as divisões dos cômodos, portas e janelas, conforme mostra a figura 2.
Móveis de papelão ou mesmo de casas de bonecas podem ser usados para tornar a maquete melhor. O telhado será encaixado, pois será conveniente ter um acesso fácil à parte interna da casa, tanto para visualização como para a instalação do circuito e mobília.
A caixa vai ser fixada numa base maior de cartão onde serão fixados os elementos do circuito que consistem basicamente em clipes. Para as lâmpadas devem ser previstas fendas ou então sua fixação pode ser feita com fita adesiva ou outro meio que o montador julgar aplicável no seu caso.
Na figura 3 temos a casa pronta, colada sobre a base de cartão.
b) Parte eletrônica - circuito
O circuito elétrico da instalação é mostrado na figura 4.
Para a montagem com finalidade didática o professor pode preparar um kit que será formado por 3 conjuntos de peças mostrados na figura 5.
Esses conjuntos já terão os fios de ligação e os clipes de conexão soldados. Veja que o uso de clipes de latão facilita bastante o projeto pois eles "pegam" solda com facilidade. Os conjuntos são:
a) 3 lâmpadas e fios interligados
b) 1 suporte de pilhas
c) 4 clipes interligados para a elaboração dos interruptores
Temos ainda a possibilidade de se usar mino-chaves de baixo custo que na época da redação da primeira versão do artigo não eram tão comuns e hoje são bastante baratas, proporcionando assim uma montagem muito mais vistosa com interruptores na parede da maquete.
Dá-se preferência ao uso de fio flexível fino para maior facilidade de manuseio e instalação na maquete. O material total usado na parte elétrica é o seguinte:
X1 a X3 - 3 lâmpadas de 2,7 ou 3,3 V
B1 - 2 pilhas pequenas - 3 V
11 clipes latonados
3 metros de fio flexível
Solda
Trabalhando com o Kit
Os alunos deverão fazer as ligações dos três conjuntos conforme mostra a figura 6.
Observe que cada interruptor é feito com um par de clipes. Quando os clipes estão afastados um do outro, a corrente não passa: a lâmpada estará apagada. Quando os clipes encostam um no outro, a corrente passa e, com isso, a lâmpada acende.
É importante observar com cuidado as ligações para que não ocorram curto-circuitos (ligações indevidas). Essas ligações erradas podem fazer com que as pilhas esgotem-se rapidamente.
Veja a disposição dos clipes que formam os interruptores. Esses interruptores serão acionados quando movimentarmos os clipes de modo que encostem uns nos outros. É muito importante usar clipes novos, pois qualquer sinal de ferrugem pode prejudicar o contacto elétrico.
Na verdade, o consumo das três lâmpadas acesas é algo elevado. Assim, recomenda-se que as lâmpadas não fiquem muito tempo acesas para que as pilhas não enfraqueçam logo.
Temas Transversais
O professor deve estar preparado para explicar o princípio de funcionamento da instalação e mais do que isso, associá-los à matéria que está sendo estudada (curso de ciências).
Podemos associar esta montagem aos seguintes temas:
* Circuito elétrico simples
* Ligação série e paralelo
* Como funciona a lâmpada incandescente
* Consumo de energia
* Como as pilhas geram energia
* Os interruptores e lâmpadas das instalações reais
