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PROJETO DE UM ANALISADOR BSICO DE ENERGIA UTILIZANDO O MTODO PEDAGGICO ABP NA
DISCIPLINA DE INSTRUMENTAO ELETRNICA DO IFPB
Everton de Freitas Danda [email protected] Jessyca Gomes da Silva [email protected] Caio Souza Florentino [email protected] Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Paraba (IFPB) Bacharelado do Curso de Engenharia Eltrica Franklin Martins P. Pamplona [email protected] Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Paraba (IFPB) Grupo de Eletrnica, Controle e Automao (GECA) Ademar Gonalves da Costa Jnior [email protected] Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia da Paraba (IFPB) Laboratrio de Instrumentao, Sistemas de Controle e Automao (LINSCA) Av. Primeiro de Maio, 720, Jaguaribe 58.015-430 Joo Pessoa Paraba
Resumo: Uma forma pedaggica de aumentar o interesse dos alunos de cursos de Engenharia a elaborao de prottipos, no qual se possam unir os contedos terico e prtico da disciplina, usando a Abordagem Baseada em Problemas (ABP) como metodologia de ensino. Este artigo apresenta a implementao bsica de um analisador de rede para a energia eltrica fornecida pelas empresas distribuidoras de energia, utilizando uma soluo baseada em um microcontrolador de 16-bits para aquisio e processamento dos sinais deste sistema, sendo realizada a transmisso e recepo de dados atravs de uma rede Zigbee. Os dados adquiridos podem ser mostrados em uma Interface Grfica de Usurio baseada em um servidor HTTP. Ao final do projeto, o discente tem uma viso integrada e slida dos diversos temas abordados durante a graduao, j que utiliza conceitos de outras disciplinas j cursadas ou que esto sendo cursadas em paralelo com a disciplina de Instrumentao Eletrnica, no curso de Engenharia Eltrica do IFPB.
Palavras-chave: Qualidade de energia, microcontrolador, Zigbee, Abordagem baseada em problemas, Prottipo educacional.
1. INTRODUO
Uma forma de aumentar o interesse dos alunos dos cursos da rea de Tecnologia a unio entre a teoria de uma disciplina e um problema prtico, no qual podem utilizar os conhecimentos adquiridos na disciplina cursada, e sua integrao multidisciplinar. Segundo Gomes e Silveira (2007), a educao em Engenharia de Controle e Automao
enfrenta desafios na relao ensino-aprendizagem, em demandas sociais, na eliminao de postos de trabalho, no risco tecnolgico e ainda os reflexos dos problemas do ensino mdio e fundamental.
Desta forma, a utilizao de prottipos em forma de planta piloto ou de sistemas automatizados e/ou robticos, em propores reduzidas, muito til nos cursos de graduao em Engenharia. Alm disso, no ambiente de Automao e Controle, a implantao de algoritmos de sistemas de controle e a realizao de testes comparativos entre os diferentes tipos de sensores e atuadores, motivam alunos e professores no ensino e na pesquisa. No ambiente acadmico, a construo de prottipos educacionais em disciplinas ou em trabalhos de iniciao cientfica ganha cada vez mais espao, devido ao custo de aquisio dos prottipos das empresas que os comercializam, alm da dependncia tecnolgica ao ser realizada esta aquisio, no se permitindo muitas vezes, a incorporao de novas tecnologias ou uso de novos algoritmos computacionais para testes comparativos (GOMES & SILVEIRA, 2007; GOMES et al., 2011; MAXIMO et al., 2011).
Para fomentar o interesse dos alunos da disciplina de Instrumentao Eletrnica, do curso de Engenharia Eltrica, do Instituto Federal da Paraba (IFPB), campus Joo Pessoa, e como forma de utilizao da metodologia de ensino, Aprendizagem Baseada em Problemas ABP (RIBEIRO, 2005; FERNNDEZ-SAMAC et al., 2012; FREITAS, 2012), durante o incio do semestre 2012.2 foram propostos projetos em equipe que envolvessem a utilizao de sensores e o condicionamento do sinal, alm da integrao multidisciplinar com outras disciplinas do currculo do curso. Deste modo, o objetivo deste artigo apresentar a construo de um analisador bsico de parmetros da energia eltrica, fornecida por uma distribuidora de energia, no qual a aquisio e o processamento do sistema so realizados por um microcontrolador MSP430 da Texas Instruments, e a transmisso e recepo de dados atravs de uma rede Zigbee. Os dados destes parmetros so mostrados em tempo real, em uma interface homem-mquina baseada em um servidor de rede.
O artigo est dividido deste modo. Na Seo 2 apresentada a ABP e sua aplicabilidade na disciplina de Instrumentao Eletrnica do curso de Engenharia Eltrica do IFPB. Na Seo 3 apresentado o problema da qualidade da energia eltrica que afeta o sistema eltrico. Na Seo 4, apresenta-se o analisador bsico de energia eltrica desenvolvido e na Seo 5, as consideraes finais deste trabalho.
2. APRENDIZAGEM BASEADA EM PROBLEMAS APLICADA NA DISCIPLINA DE INSTRUMENTAO ELETRNICA
A metodologia pedaggica denominada de Aprendizagem Baseada em Problemas (ABP) surgiu no Canad na dcada de 60 do sculo passado, sugerida e implantada pela Universidade de MacMaster, sendo adotada posteriormente por diversas universidades no mundo. No Brasil, diversos trabalhos vm sendo publicados, decorrentes de sua implantao em diversos cursos de nvel superior e de ps-graduao.
Na abordagem ABP, os papis dos alunos e docentes em sala de aula, diferem da abordagem convencional, esta centrada no professor (RIBEIRO, 2005). Segundo Woods apud Ribeiro (2005), assumir responsabilidade pela prpria aprendizagem em uma abordagem ABP significa que os alunos cumpram as seguintes tarefas:
Explorao do problema, levantamento de hipteses, identificao de questes de aprendizagem e elaborao das mesmas;
Tentativa de soluo do problema com o que sabem, observando a pertinncia de seu conhecimento atual;
Identificao do que no sabem e do que precisam saber para solucionar o problema;
Planejamento e delegao de responsabilidades para o estudo autnomo da equipe;
Aplicao do conhecimento na soluo do problema; Avaliao do novo conhecimento, da soluo do problema e da eficcia do
processo utilizado e reflexo sobre o processo.
A abordagem adotada que o aluno construa o seu prprio conhecimento a partir do desenvolvimento de um problema proposto ou sugerido pelo mesmo. Este problema estudado na forma de um projeto prtico, no qual, desenvolvido em funo dos contedos da disciplina, buscando a interdisciplinaridade, o que faz com que o problema seja compreendido, fundamentado e analisado, como, por exemplo, realizado atravs de uma metodologia de gerenciamento de projetos.
No IFPB, em especfico, na disciplina de Instrumentao Eletrnica do curso de Engenharia Eltrica, esta metodologia est sendo introduzida e testada pelo professor da disciplina. A proposta utilizada baseada na informao de que o engenheiro moderno no precisa do conhecimento memorizado, decorado e acumulado, mas sim, do conhecimento necessrio para a resoluo de problemas baseado na construo do conhecimento.
Desta forma, foi adotada como elemento fundamental, a proposta elaborada por Hadgraft e Prpic apud Ribeiro (2005), no formato 4-2-3-1-3, de acordo com a Tabela 1. Este formato adotado auxiliar o professor na identificao de qual abordagem ser mais bem adotada na disciplina de Instrumentao Eletrnica, que o guiar para a adoo e aplicabilidade do formato PBL ideal (4-4-4-4-4).
3. O PROBLEMA DA QUALIDADE DE ENERGIA ELTRICA
O conceito de Qualidade de Energia Eltrica (QEE) est relacionado a um conjunto de alteraes que podem ocorrer no sistema eltrico. Segundo Santoso et al. (2012), qualidade de energia "qualquer problema de energia manifestado na tenso, corrente ou nas variaes de frequncia que resulte em falha ou m operao de equipamentos de consumidores". Tais alteraes podem ocorrer em vrias partes do sistema de energia, seja nas instalaes de consumidores ou no sistema supridor da concessionria.
Para a Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL (2008), os aspectos considerados para a QEE, em regime permanente ou transitrio, so:
Tenso em regime permanente; Fator de potncia; Harmnicos; Desequilbrio de tenso; Flutuao de tenso; Variaes de tenso de curta durao; Variao de frequncia.
Tabela 1 Elementos fundamentais da PBL (Fonte: HADGRAFT & PRPIC apud RIBEIRO, 2005).
Passo Problema Integrao Trabalho em Equipe
Soluo de Problemas
Aprendizagem Autnoma
1
Vrios problemas
por semana.
Nenhuma ou pouca
integrao de conceitos. Uma
nica ideia.
Trabalho individual.
Nenhum mtodo formal de problemas.
Alunos concentram-se
em como solucionar cada
novo tipo de problema.
Professor fornece todo o contedo via aula, observaes,
pginas da Internet, tutoriais, referncias a livros e peridicos. Alunos concentram-se em aprender o que
lhes foi dado.
2
Um problema
por semana.
Alguma integrao de
conceitos
Alunos trabalham juntos em sala de aula
(informalmente), mas produzem
trabalhos individuais.
Mtodo formal de soluo de
problemas, que aplicado nas
aulas.
Professor fornece grande parte do
contedo, mas espera que os alunos
investiguem alguns detalhes e/ou dados
por si prprios.
3
Mais de um
problema por
semestre, cada um
com durao de
algumas semanas.
Integrao significativa de
conceitos e habilidades na
soluo do problema.
Trabalho em equipe, menos informal que a
categoria anterior.
Relatrio em conjunto, porm sem avaliao
dos pares.
Mtodo formal de soluo de problemas, o
qual orientado por
tutores em aulas tutoriais.
Professor fornece um livro-texto como
base para sua disciplina, mas
espera que os alunos utilizem esta e outras fontes, a seu critrio.