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Nesse problema, propusemos uma investigação de como é possível gerar energia elétrica a partir da queima de combustíveis, como gás natural, biomassa, derivados de petróleo e carvão mineral. A fim de investigarem o funcionamento das termelétricas, foi disponibilizado aos alunos um vídeo e o seguinte esquema simplificado da figura 8.

Figura 8- Esquema simplificado de uma usina termelétrica. Na caldeira, o vapor de água aquecido a alta pressão (A) move a turbina a vapor (B), que, por sua vez, movimenta o gerador (C), produzindo energia elétrica. Fonte: Livro Construindo Consciências.

O vídeo apresentado consiste em um modelo em que o vapor gerado e liberado por um pequeno furo na latinha contendo um pouco de água faz girar as pás de um cooler de computador (cujo motor atua aqui como gerador de energia elétrica), o que faz acender um pequeno Led (Figura 9).

Após a interação com o vídeo, discussão com a dupla e compreensão do esquema os alunos responderam às seguintes questões:

1. Explique, com suas palavras, como combustíveis (como gás natural, carvão mineral ou lenha) podem gerar energia elétrica.

2. Nas usinas termelétricas, o que garante o funcionamento contínuo do gerador, sem que seja necessário interromper sua operação para repor água na caldeira? Para responder tal questão analise detalhadamente o esquema simplificado da usina termelétrica, mostrado na figura acima.

3. Em usinas hidrelétricas é a água quem gira as turbinas; em usinas eólicas, o vento. Nas usinas termelétricas, quem põe em movimento as turbinas?

a) Sol

b) O combustível c) O carvão mineral d) O vapor de água

Nesse problema, trabalhamos o conceito de combustão, combustíveis e as mudanças de estado físico pelas quais a água passa a fim de gerar a energia que será convertida em energia cinética, ao mover a turbina. A comparação entre o esquema representacional da usina termoelétrica e o modelo físico permite indicar a necessidade de um ciclo fechado de água e, portanto, a necessidade de refrigeração contínua do sistema, retomadas nas questões seguintes, sobre eficiência energética. Não problematizamos, por questão de tempo, as

Figura 9- Esquema da montagem apresentada no vídeo mencionado, simulando o funcionamento da usina termelétrica. Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=NUnQ-XF8X8E, acesso em 05/07/2015.

questões de poluição térmica provocadas por usinas termoelétricas, que usualmente se valem de água de rios para refrigeração, com possíveis danos para o ecossistema fluvial.

4.5.4.1 Debate sobre o problema relativo ao funcionamento das termelétricas

Foram selecionados um vídeo e uma representação em imagem explicitando o funcionamento das termelétricas, a fim de que os alunos compreendessem as transformações de energia envolvidas. Em um momento do trabalho, as alunas Sofia e Alice discutiam frente ao esquema (figura 8), a fim de compreender esse funcionamento e as transformações de energia envolvidas no processo de geração de energia elétrica. Uma aluna explicava para outra, o que estava compreendendo, mostrando e apontando no computador as partes que compõem as termelétricas. Elas também pararam o vídeo e discutiam buscando uma significação das representações do funcionamento das termelétricas. Quando não conseguiam compreender sozinhas pediam auxílio à professora que, sem resolver o problema para as alunas, as orientaram na compreensão.

Nesse trecho, as intervenções da professora parecem não ter contribuído para facilitar o entendimento das alunas. Elas queriam saber como os combustíveis contribuem para a geração de energia elétrica nas termelétricas. A professora não atendeu a essa demanda e, em lugar disso, tentou ajuda-las a compreender o esquema de funcionamento da termelétrica. Após as interações entre as alunas e dessas com a professora, a dupla escreveu a seguinte resposta: “A lenha é usada para aquecer a agua e transforma-la em gás natural”. Elas conseguiram perceber que um combustível deveria ser utilizado para aquecer a água, faltou a compreensão de que dependendo do local em que a termelétrica se situa e do tipo de combustível disponível, essa fonte pode variar. No entanto, chama à atenção a inesperada confusão que as alunas fazem entre vapor d’água e gás natural. Parece-nos que seja preciso rever aspectos da atividade, talvez introduzindo uma conversa preliminar sobre combustíveis fósseis, combustão e, então, de formas de produzir eletricidade por meio do calor gerado na combustão.

Vamos descrever e analisar a interação de outra dupla, Valentina e Júlia na compreensão do mesmo problema frente ao funcionamento da termelétrica. A dupla demonstrou já apresentar um conhecimento prévio, inclusive com uma correta aplicação do

conceito de combustão, de que a queima de um combustível é responsável pela geração de energia elétrica nas termelétricas.

A dificuldade inicial das alunas foi na compreensão da pergunta25, Valentina leu e pediu à Júlia para ajudá-la. Voltaram para a compreensão do esquema sobre o funcionamento da termelétrica, mas tiveram dificuldade de identificar a caldeira e compreender o que estava representado pela letra D. A professora auxiliou a dupla nessa compreensão, relendo a figura 8 e identificando suas partes, apontando na tela do computador para auxiliar a explicação. A resposta dada pela dupla após a interação com a professora foi a seguinte: “O vapor de água usado para mover a turbina vai para um resfriador e volta ao estado líquido, assim o ciclo continua.”

Esse evento nos mostra que o processo de mediação semiótica permitiu às alunas construírem significados do esquema que representa o funcionamento da termelétrica, graças a essa mediação, ao apoio dos demais (professora e membro da dupla). Do ponto de vista da Semiótica Social, esse esquema não possui significado, em si mesmo (Lemke, 1990). Tais significados emergem do trabalho que essa representação demanda dos alunos na mediação com os recursos, a fim de conferir sentido. Vale ressaltar que esse trabalho depende da cultura dos alunos e experiências anteriores com essas formas de representações. Pessoas já inseridas na cultura científica, familiarizadas com suas linguagens, transitam com mais facilidade com essas formas de representações. No ensino de Ciências, é importante atentarmos para essas outras formas de linguagem (figuras, tabelas, gráficos, esquemas) uma vez que para comunicar o conhecimento científico a linguagem oral e escrita não é suficiente (CARVALHO, 2013).

Analisaremos a interação dos alunos Thiago e Luiz com a professora, a fim de demonstrar as contribuições da professora para a resolução do problema sobre o que garante o funcionamento contínuo do gerador, sem que seja necessário interromper sua operação para repor água na caldeira.

Episódio 5- Significando o esquema de funcionamento da termelétrica

1. Thiago: (explicando o esquema de geração de energia na termelétrica). Ai ela entra nesse, esqueci o nome desse treco ai.

25

A dupla pretendia responder à seguinte questão: “Nas usinas termelétricas, o que garante o funcionamento contínuo do gerador, sem que seja necessário interromper sua operação para repor água na caldeira?”. Para tal, deveriam analisar um diagrama simplificado do funcionamento de uma usina termelétrica (figura 10).

2. Luiz: Cano, vamos dizer assim. 3. Thiago: Ai ele faz uma forcinha, gira...

4. Professora: Como chama essa coisa que gira pra gerar energia. 5. Thiago: Gerador

6. Professora: Não, o que gira é a turbina.

7. Thiago: Pois é a turbina, mas o gerador está aqui para converter. 8. Professora: Converte o que? O que o gerador faz?

9. Thiago: Converte energia...energia... ai, cadê, é termelétrica para. 10. Luiz: Não, termelétrica é o nome da usina. É energia elétrica

Nos turnos 9 e 10, é evidenciado o papel da colaboração entre os membros da dupla, para significar conceitos relativos à geração de energia, como termelétrica. Outras significações de conceitos relacionados a esse processo puderam ser construídos na mediação com a professora, como o significado de gerador (Turnos 8 e 9). Na continuação do diálogo, é possível perceber que a interação com a professora foi imprescindível para a compreensão das transformações de energia e significação do conceito de algumas formas de energia (mecânica, cinética, potencial), termos esses que não são usuais no cotidiano dos alunos.

11. Thiago: Não, ele transforma em energia elétrica.

12. Professora: É, qual ele transforma em energia elétrica. Qual forma de energia que tem ai, que será transformada em energia elétrica? 13. Luiz: energia... eólica é do vento né?

14. Thiago: É o vapor não!?

15. Professora: O que o vapor está fazendo ai?

16. Thiago: Está fazendo a usina funcionar para gerar energia elétrica. 17. Professora: ele está fazendo a turbina girar pra gerar energia. 18. Thiago: É

19. Professora: Quando uma coisa esta movimentando, girando, tem energia envolvida?

20. Luiz: tem

21. Professora: Que energia é essa, quando tem algum movimento? De girar, movimentar?

22. Luiz: mecânica

23. Professora: não, a mecânica é a soma da energia potencial com a cinética. Lembra da cinética?

24. Thiago: Não sei, eu esqueci o nome da energia...

25. Professora: É cinética, energia cinética é energia de movimento.

26. Thiago: Então, aqui (na turbina) ele está fazendo a energia cinética. Daí a energia cinética vem pra cá e ele transforma a energia cinética em energia elétrica.

27. Professora: Isso. Mas o que está perguntando lá é o seguinte: Por que não para. Olha só, se o vapor passasse aqui girasse a turbina e produzisse energia, uma hora esse esquema ia parar.

28. Thiago: Mas aí vai substituindo pra água não.

29. Professora: Como substitui, que água que está substituindo? 30. Luiz: Da torneira.

31. Professora: Não. O vapor passa aqui pra onde ele foi depois? 32. Luiz: não, olha aqui ó! O vapor nunca acaba, por que vai passando. 33. Professora: O que acontece com o vapor quando ele passa por aqui. 34. Luiz: Fica no reservatório, vamos dizer assim.

35. Professora: Muda de estado ou fica como vapor? 36. Thiago: Muda de estado vai para o líquido.

37. Professora: Como?

38. Luiz: daí ele passa para aqui de novo.

39. Professora: O que eu tive que fazer aqui pra ele virar líquido? 40. Thiago: esfriar ele.

41. Professora: esfriar. Isso aqui é um condensador, que esfria o vapor, fazendo-o retornar ao estado líquido.

42. Thiago: que eu posso usar ele de novo. 43. Professora: Isso!

Nesse diálogo com a professora, os alunos, mediante essa interação social, mostraram-se capazes de compreender as transformações de energia responsáveis pela geração de energia elétrica nas termelétricas e construir conceitos (energia cinética, geradores, energia potencial, energia mecânica). A resolução do problema proposto e compreensão desses processos e conceitos era algo que os alunos não estavam aptos a fazerem de maneira autônoma. Essa interação discursiva nos remete a um dos pontos centrais da teoria de Vygotsky, sobre a Zona de desenvolvimento Proximal (ZDP). Vygotsky destaca que “a instrução somente é boa quando vai adiante do desenvolvimento, quando desperta e traz à vida aquelas funções que estão em processo de maturação”. A Zona de desenvolvimento proximal pode ser compreendida pela distância entre o nível de desenvolvimento real, determinado pela capacidade de resolver um problema sem ajuda e o nível de desenvolvimento potencial, inferido com base no que o indivíduo é capaz de resolver com o auxílio de um adulto ou companheiro. Esses conhecimentos apreendidos após o diálogo com a professora estavam em potencial de desenvolvimento e foi possível atingi-lo com a orientação de outro, principalmente, o professor, mas, também, em colaboração com o companheiro.