RODA D’ÁGUA, TRANSFORMADOR DE ENERGIA: UMA PROPOSTA DE ENSINO

RODA D’ÁGUA, TRANSFORMADOR DE ENERGIA: UMA PROPOSTA DE ENSINO

Ana Patrícia da Silva, Daniela Carolina Cruvinel, Manoel Valadão Guimarães, Maria Lúcia Parreira Borges

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Centro Universitário do Sul de Minas – UNIS - MG/3º Período - Licenciatura de Física, Varginha - MG

Resumo

O artigo apresenta uma proposta de ensino de Física que utiliza a roda d’água como elemento catalisador da interdisciplinaridade e de discussões que ultrapassam a simples transmissão de informações de uma aula tradicional. São discutidos conceitos de energia e as possíveis conversões umas nas outras contextualizadas no cotidiano de uma escola da zona rural.

Palavras chave: Ensino de Física, Energia hídrica, cinética, potencial e elétrica

Introdução

        A energia hidráulica ou energia hídrica é a energia obtida a partir da energia potencial de uma massa de água. Por meio de um desnível ou queda d’água que pode ser convertida na forma de energia mecânica, transforma-se a energia cinética de translação de rios, em energia cinética de rotação (torque) que pode ser utilizada para inúmeros fins, como por exemplo, para fazer funcionar uma bomba de água para captação de água.

        Rodas d’águas são essencialmente máquinas de conversão da energia hidráulica em energia elétrica, em energia mecânica. A partir delas foram desenvolvidas posteriormente as usinas hidroelétricas.

        Neste artigo apresentarmos o funcionamento básico de uma roda d’água e propomos que a demonstração de seu funcionamento para estudantes do ensino médio, sirva como incentivo inicial e motivação para o estudo de conteúdos como: energia potencial, cinética e elétrica nas aulas de física.

A história da roda d’água

        As primeiras rodas d'água foram construídas pelos gregos no primeiro século antes de Cristo. Eram do tipo horizontal e através da ação direta de uma queda d’água se movimentavam no sentido em que a água bate nas pás.

        A roda d água é um dispositivo circular montado sobre um eixo, contendo na sua periferia, caixinhas ou aletas dispostas de modo a aproveitar a energia hidráulica.

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Figura 1: Roda d'água horizontal: gira no sentido em que a água bate nas pás.		Figura 2: Esquema do funcionamento de uma antiga roda d'água horizontal para moer milho: os grãos caíam de um recipiente afunilado, depositando-se entre as pedras da moenda; a pedra superior era acionada por roda d'água horizontal instalada logo abaixo dela: os grãos, ao serem esmagados, transformavam-se em farinha, que caía num recipiente.

        Ao longo do tempo as rodas d'água horizontais foram substituídas pelas verticais, que podem ser maiores e produzem mais energia por serem impulsionadas por cima ou por baixo. A roda d’água horizontal surgiu por volta do século I. No século IV, a roda d’água vertical, que aumentava a potência duas vezes mais, eram usadas principalmente para moer cereais.

        Já no século XVI, a roda d’água era a máquina mais importante nas pequenas comunidades e desempenhou papel fundamental na industrialização da Europa. No século XVII, a potência das rodas d água já atingira níveis bastante elevados.

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Figura 3: Roda d'água vertical impulsionada por baixo		Figura 4: Roda d'água vertical impulsionada por cima

        Sabe-se que a roda d’água foi usada para atuar como propulsor em navios. Eram e ainda são usadas em irrigação e geração de energia. Em algumas fazendas costumava-se usar rodas d’água para acionar um moinho de milho – fabricação de farinha de milho (fubá) - ou acionar uma máquina, como um engenho de cana, para alambique.

        Durante a Revolução Industrial, grandes rodas d’água foram usadas para mover máquinas nas fábricas. Todavia a energia não era constante. O aumento do volume das águas gerava mais energia do que o necessário e as secas deixavam as fábricas sem energia, por esse motivo os homens investiram na construção desse dispositivo que gerava energia utilizando a água como suporte para suprir suas necessidades.

        A partir do século XVIII, com o surgimento de tecnologias como o motor, o dínamo, a lâmpada e a turbina hidráulica, foi possível converter a energia mecânica em eletricidade.

        No final do século XIX, o motor a vapor havia tomado lugar da energia hidráulica na maioria das fábricas. Somente a partir do século passado é que o aproveitamento dessa forma de energia se tornou mais atraente do ponto de vista econômico, pois com a invenção das turbinas-geradoras de energia elétrica e a possibilidade do transporte de eletricidade a grandes distâncias, se conseguiu obter um elevado rendimento econômico.

        A primeira usina hidrelétrica a transformar energia hidráulica em fonte de eletricidade foi construída nos Estados Unidos, em 1882.

Como funciona uma roda d’água

        A roda gira sob a ação da água que cai, seja em cascata, ou deslizando rio abaixo. A energia de movimento de translação da água realiza trabalho físico sobre a roda.

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                                          Figura 5: Esquema de funcionamento de roda d’água para a geração de eletricidade.

        A energia de rotação é transmitida para outro equipamento ou máquina através de uma correia (ou polia), conforme a figura X, na qual são mostradas duas roldanas com raios R1 e R2 (R1 < R2) sendo que a maior é fixada ao eixo da roda d’água e a menor, ao eixo de um gerador de energia elétrica.