Universidade Federal Fluminense Escola de Engenharia Curso ... · 3.10 Hidrograma assim etrico, com fase de avanco rapida e fase de recess~ao longa.23 3.11 Perguntas e respostas referentes

Universidade Federal Fluminense

Escola de Engenharia

Curso de Graduacao em Engenharia de

Telecomunicacoes

Lorraine de Miranda Paiva

Maria Carolina Milhomem Magalhaes

Uso de sensores e acesso remoto para a realizacao de

aula pratica sobre reservatorios de detencao aplicados

a drenagem urbana

Niteroi – RJ

2018



Uso de sensores e acesso remoto para a realizacao de aula pratica sobre reservatorios de

detencao aplicados a drenagem urbana

Trabalho de Conclusao de Curso apresentado ao

Curso de Graduacao em Engenharia de Teleco-

municacoes da Universidade Federal Fluminense,

como requisito parcial para obtencao do Grau de

Engenheiro de Telecomunicacoes.

Orientador: Prof. D.Sc. Alexandre Santos de la Vega

Coorientador: Prof. M.Sc. Dario de Andrade Prata Filho

Niteroi – RJ

2018

ii

.

.

iii



Uso de sensores e acesso remoto para a realizacao de aula pratica sobre reservatorios de

detencao aplicados a drenagem urbana

Trabalho de Conclusao de Curso apresentado ao

Curso de Graduacao em Engenharia de Teleco-

municacoes da Universidade Federal Fluminense,

como requisito parcial para obtencao do Grau de

Engenheiro de Telecomunicacoes.

Aprovada em 02 de julho de 2018.

BANCA EXAMINADORA

Prof. D.Sc. Alexandre Santos de la Vega - Orientador

Universidade Federal Fluminese - UFF

Prof. M.Sc. Dario de Andrade Prata Filho - Coorientador


Profa. M.Sc. Maria Helena Campos Soares de Mello


Profa. D.Sc. Maria Clicia Stelling de Castro

Universidade Estadual do Rio de Janeiro - UERJ

Niteroi – RJ

2018

iv

Resumo

Este trabalho apresenta a elaboracao e a realizacao de uma aula pratica remota, a

partir da automatizacao de um experimento com modelo fısico sobre detencao de agua de

chuva no Laboratorio de Drenagem, Irrigacao e Saneamento Ambiental (LaDISan), locali-

zado na Universidade Federal Fluminense (UFF). Para tal, foram utilizadas as tecnologias

de automatizacao e de acesso remoto. As motivacoes para a realizacao do projeto foram

a relacao entre o pequeno espaco fısico do laboratorio e a grande quantidade de alunos

por turma e o fato da planta do laboratorio ser originalmente desprovida de equipamentos

para medicao automatica. O trabalho, primeiramente, trata do cenario inicial em que se

encontravam o laboratorio e o experimento utilizados para a realizacao da aula pratica

remota. Apos isto, relata duas etapas do projeto. Cada etapa apresenta os problemas

enfrentados, as solucoes propostas e implementadas, bem como o relato sobre as reali-

zacoes das aulas praticas remotas na disciplina de Saneamento Basico II, nos perıodos

letivos 2017-2 e 2018-1. Por fim, e feita uma comparacao entre essas etapas. A partir

da avaliacao positiva das turmas e dos responsaveis pelo LaDISan ao trabalho realizado,

concluiu-se que o projeto foi cumprido com exito.

Palavras-chave: Aula pratica remota. Laboratorio de Graduacao. Planta Didatica.

Aquisicao Automatica de Dados.

v

Abstract

This work presents the elaboration and the accomplishment of a remote practical

class, from the automation of an experiment with physical model on rainwater detention

in the Laboratorio de Drenagem, Irrigacao e Saneamento Ambiental (LaDISan), located

at the Universidade Federal Fluminense (UFF). For this, automation and remote access

technologies were used. The motivations for the realization of the project were the

relationship between the small physical space of the laboratory and the large number

of students per class and the fact that the laboratory plant was originally devoid of

equipment for automatic measurement. The work, first, deals with the initial scenario in

which the laboratory and the experiment were before the remote practical class. After

this, it reports on two stages of the project. Each stage presents the problems faced, the

solutions proposed and implemented, as well as the report on the achievements of the

remote practical classes in the discipline of Saneamento Basico II, during the 2017-2 and

2018-1 schooling periods. Finally, a comparison is made between these steps. From the

positive evaluation of the students and those responsible for LaDISan to the work done,

it was concluded that the project was successfully completed.

Keywords: Remote practical class. Graduation Laboratory. Didactic Plant.

Automatic Data Acquisition.

vi

Dedico este trabalho a todos que contribuı-

ram nesta caminhada. Em especial, a minha

mae, Rozana, ao meu pai, Alexandre, e aos

meus professores orientadores, Alexandre e

Dario.


vii

Dedico este trabalho aos meus pais, Sandra

e Claudio, e a minha irma, Ana Luıza, por

sempre terem acreditado no meu potencial e

aos meus professores orientadores, Alexandre

e Dario, pela participacao em minha forma-

cao profissional.


viii

Agradecimentos

Gostaria de agradecer, em primeiro lugar, a todos os membros da minha famılia

que, de alguma forma, contribuıram com a minha jornada ate aqui. Especialmente aos

meus pais, Rozana Bittencourt e Alexandre Paiva, por todo amor, dedicacao e apoio ao

longo da minha vida e por acreditarem em mim em todos os momentos.

Agradeco a todos os meus amigos da UFF pela amizade, pelas risadas, pelo carinho,

pela companhia e por tornarem esses cinco anos muito mais faceis e divertidos. Em

especial, aos meus amigos do grupo PET-Tele, por todos ensinamentos, trabalho em

equipe e suporte.

As meninas da republica, Amanda, Maria, Michaela e Tatiana, por se tornarem

minha segunda famılia e fazerem com que nunca me sentisse sozinha.

Aos amigos que a Huawei me concedeu que me trazem tanto conhecimento e alegria.

Aos amigos, Lucas Siqueira e Thiago Chequer, por terem ajudado muito com o

projeto.

Queria agradecer, particularmente, a minha dupla, parceira e amiga, Maria Caro-

lina, pela paciencia, organizacao e apoio na vida e, principalnte, durante o desenvolvimento

desse trabalho.

Um agradecimento especial a todos os educadores que ja passaram pela minha vida

e ajudaram a tornar meus objetivos possıveis.

Ao meu professor, orientador e tutor, Alexandre S. de la Vega, pela oportunidade

da realizacao desse trabalho, por todos ensinamentos a mim passados, pela parceria, pela

amizade e, principalmente, pela paciencia.

Ao meu coorientador Dario de A. Prata Filho, por confiar, apoiar e aprovar as

nossas ideias e por toda ajuda nos concedida sempre, a qualquer hora.

Enfim, um obrigada a cada pessoa que de alguma forma me ajudou a chegar aqui.


ix

Primeiramente, agradeco aos meus pais, Sandra Milhomem e Claudio Magalhaes,

pela dedicacao, pelo esforco e por sempre me apoiarem nas minhas decisoes, sem eles eu

nao teria chegado ate aqui. A Ana Luıza, minha irmazinha, pelo amor mais sincero. Ao

meu padrinho Renato Felipe e a minha avo Guaraciaba Soares pelo exemplo de vida. A

todos os meus familiares que de alguma forma fizeram parte dessa caminhada.

Agradeco as amigas que se tornaram famılia nesses cinco anos de republica: Alana,

Amanda, Lorraine, Michaela e Tatiana. Obrigada pelas receitas deliciosas que cozinhamos,

pelas tardes na sala jogando conversa fora ou assitindo filmes, pelas risadas e pelo carinho.

A todos os amigos que ganhei de presente da UFF, que tornaram o meu dia-a-dia

na universidade muito mais divertido e espontaneo. A minha equipe de trabalho na TIM

Celular, por terem se tornado amigos, alem de colegas de trabalho e por terem me apoiado

na conclusao da minha graduacao. Agradeco tambem aos amigos do grupo PET-Tele pelo

suporte e realizacao deste trabalho.

A Lorraine Paiva, minha dupla, pela parceria e amizade durante todos os anos de

graduacao e pelo desenvolvimento deste trabalho.

Agradeco ao meu orientador Alexandre Santos de la Vega pelos ensinamentos den-

tro e fora de sala de aula, pela excelente orientacao a mim proporcionada, pela paciencia

e amizade.

Ao Dario de Andrade Prata Filho, meu coorientador, por ter aceito essa proposta

de projeto de bracos abertos, alem de sua disponibilidade de tempo e suas explicacoes de

conceitos ambientais.

Agradeco, ainda, a Deus por ter me dado forca nos momentos que precisei.

Obrigada, de verdade, a todos que estiveram comigo durante essa jornada!

”A felicidade so e real quando compartilhada.”

Christopher McCandless


Lista de Figuras

2.1 Diferenca entre o metodo de detencao e o metodo de retencao. . . . . . . . 6

2.2 Grafico de Vazao X Tempo, mostrando a diferenca entre as vazoes de en-

trada e de saıda de um reservatorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.3 Foto da planta didatica do experimento de bacia de detencao. . . . . . . . 8

2.4 Tipos de hidrogramas de entrada estudados. . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.1 Sensor G1/2 water flow [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.2 Exemplificacao do ima na helice girando dentro do sensor e encontrando o

ima do corpo [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.3 Placa Arduino Uno Rev3 [17]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.4 IDE do Arduino com codigo exemplo nativo do proprio. . . . . . . . . . . . 13

3.5 Posicionamento dos sensores em relacao os reservatorios. . . . . . . . . . . 14

3.6 Webcam Multilaser WC046 [22]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.7 Console de gerenciamento do TeamViewer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.8 Imagem vista na tela do notebook localizado na sala de aula. . . . . . . . . 22

3.9 Cenario do laboratorio durante a primeira aula pratica remota. . . . . . . . 22

3.10 Hidrograma assimetrico, com fase de avanco rapida e fase de recessao longa. 23

3.11 Perguntas e respostas referentes a qualidade do vıdeo e a do grafico. . . . . 24

3.12 Pergunta e respostas referentes a visualizacao do laboratorio. . . . . . . . . 25

3.13 Perguntas e respostas referentes a compreensao da pratica e da teoria. . . . 25

3.14 Respostas diretamente referentes a aprovacao da aula. . . . . . . . . . . . . 26

4.1 Camera Wireless IP [31]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.2 Interface grafica do ViewDuino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.3 Imagem vista na tela do notebook localizado no laboratorio. . . . . . . . . 34

4.4 Cenario do laboratorio durante a segunda aula pratica remota. . . . . . . . 35

x

xi

4.5 Hidrograma simetrico: avanco e recessao ocorrendo em tempos iguais. . . . 35

4.6 Hidrograma assimetrico: avanco rapido e recessao longa. . . . . . . . . . . 36

4.7 Hidrograma assimetrico: avanco lento e recessao rapida. . . . . . . . . . . . 36

4.8 Cenario da sala de aula durante a segunda aula pratica remota. . . . . . . 37

4.9 Os autores e os alunos presentes, apos o termino da aula. . . . . . . . . . . 37

4.10 Perguntas e respostas referentes a qualidade do vıdeo e a do grafico. . . . . 38

4.11 Pergunta e respostas referentes a visualizacao do laboratorio. . . . . . . . . 39

4.12 Perguntas e respostas referentes a compreensao da pratica e da teoria. . . . 39

4.13 Respostas diretamente referentes a aprovacao da aula. . . . . . . . . . . . . 40

5.1 Comparacao perguntas e respostas referentes a qualidade do vıdeo e a do

grafico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.2 Comparacao pergunta e respostas referentes a visualizacao do laboratorio. . 44

5.3 Comparacao perguntas e respostas referentes a compreensao da pratica e

da teoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

xii

Lista de Tabelas

3.1 Tabela de medicoes no LaDISan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2 Tabela de medicoes na sala de aula. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Sumario

Resumo iv

Abstract v

Agradecimentos viii

Lista de Figuras xi

Lista de Tabelas xii

1 Introducao 1

1.1 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Motivacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Organizacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Cenario inicial 4

2.1 O laboratorio LaDISan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Conhecimento do experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2.1 Teoria: escoamento superficial de aguas pluviais . . . . . . . . . . . 5

2.2.2 Pratica: experimento academico da bacia de detencao . . . . . . . . 8

2.3 A Disciplina Saneamento Basico II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3.1 Didatica da aula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3.2 Problemas enfrentados na aula pratica . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 Primeira etapa do projeto 11

3.1 Solucoes implementadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1.1 Sensor water flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1.2 Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

xiii

xiv

3.1.3 Webcam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1.4 TeamViewer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1.5 Conexao Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.2 Primeira aula pratica remota realizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2.1 Preparacao da aula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2.2 Execucao da aula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.2.3 Recepcao da turma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.3 Problemas enfrentados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4 Segunda etapa do projeto 29

4.1 Solucoes implementadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.1.1 Camera IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.1.2 ViewDuino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.1.3 Melhorias de audioconferencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.2 Segunda aula pratica remota realizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.1 Preparacao da aula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.2.2 Execucao da aula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.2.3 Recepcao da turma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.3 Problemas enfrentados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5 Comparacao das etapas do projeto 42

5.1 Recepcao das turmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6 Conclusao e trabalhos futuros 46

6.1 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

6.2 Sugestoes para trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Referencias Bibliograficas 48

Indice Remissivo 53

A Codigo Arduino 53

Capıtulo 1

Introducao

1.1 Objetivo

A tecnologia pode ser definida como qualquer aplicacao da ciencia para realizar

uma funcao. Ela se baseia no estado atual do conhecimento da humanidade sobre como

combinar recursos para gerar produtos desejados, resolver problemas ou satisfazer ne-

cessidades. Quando combinado com outro termo, como “tecnologia espacial”, refere-se

ao estado do conhecimento e das ferramentas do respectivo campo [1]. Este trabalho de

conclusao de curso trata da tecnologia de automatizacao e da tecnologia de acesso remoto.

A automatizacao e uma tecnologia na qual um processo e realizado sem assis-

tencia humana. Nela, sao utilizados varios sistemas de controle automatico para operar

equipamentos, procedimentos em fabricas, comutacao de redes telefonicas, direcao e es-

tabilizacao de veıculos e outras aplicacoes. Esta tecnologia pode ser alcancada por varios

meios, incluindo dispositivos mecanicos, hidraulicos, pneumaticos, eletricos, eletronicos e

computadores, geralmente em combinacao. Seu controle pode variar de um simples co-

mando on-off a algoritmos de alto nıvel multivariaveis. Os benefıcios da automatizacao

incluem melhorias na qualidade, precisao e exatidao de medicoes, alem de reducao de

trabalho manual [2].

A tecnologia de acesso remoto pode ser explicada como o controle remoto de um

dispositivo a partir de outro dispositivo, conectados por um meio de comunicacao ade-

quado. Por exemplo, isso e amplamente usado para suporte tecnico de TI (Tecnologia da

Informacao) e para compartilhamento da tela de um computador em aulas ou palestras a

distancia, de modo que faca com que o receptor visualize exatamente o que e reproduzido

2

no computador principal e, por vezes, faca edicoes e alteracoes mediante permissao [3].

O objetivo deste trabalho e utilizar estas tecnologias para elaborar e realizar uma

aula pratica remota a partir da automatizacao de um experimento com modelo fısico

sobre detencao de agua de chuva no Laboratorio de Drenagem, Irrigacao e Saneamento

Ambiental (LaDISan) [4], localizado na Universidade Federal Fluminense (UFF).

Foram realizadas duas aulas remotas, nos perıodos letivos 2017-2 e 2018-1. O relato

da elaboracao e da realizacao destas aulas esta exposto ao longo do texto.

1.2 Motivacoes

Diversas foram as motivacoes para o desenvolvimento deste projeto.

A primeira delas foi aumentar a eficiencia do uso da planta didatica, criada para ser

utilizada tanto em aulas praticas quanto nas pesquisas em modelagem de problemas reais

que envolvem movimento de agua em meio poroso. A planta do laboratorio era desprovida

de equipamentos para medicao automatica. Por exemplo, a medicao de fluxo de agua era

realizada de forma manual, com o auxılio de provetas graduadas para medida de volume e

de um cronometro para medida de tempo. O objetivo foi resolver esse problema ampliando

a infraestrutura do laboratorio, atraves do uso de sensores para a aquisicao automatica e

armazenamento de dados.

Outra motivacao foi a relacao entre o insuficiente espaco fısico do laboratorio com-

parado a grande quantidade de alunos por turma. Em termos quantitativos, o espaco em

torno da planta didatica comporta, adequadamente, menos de dez pessoas, enquanto os

modulos das turmas podem variar de trinta a sessenta alunos. Isso impossibilita receber

todos os alunos de uma mesma turma simultaneamente para a realizacao de uma aula

pratica adequada. Esse problema vinha sendo contornado com a repeticao da aula pra-

tica para subgrupos da turma, o que demandava mais tempo do professor, do monitor e

dos alunos. A realizacao de uma aula remota foi o recurso pensado para solucionar esse

problema.

Por ultimo, a inovacao na relacao ensino-aprendizado a partir da realizacao de uma

experiencia mais complexa e conjunta de todos os alunos.

O projeto VISIR+ [5] pode ser citado como uma exemplificacao da utilizacao de

acesso remoto em aulas praticas. Este projeto tem como alvo a ampla area de Engenharia

3

Eletrica e Eletronica. Seu objetivo e definir, desenvolver e avaliar um conjunto de modulos

educacionais que incluam experimentos praticos, virtuais e remotos, sendo posteriormente

suportados por um laboratorio remoto chamado Virtual Instruments Systems In Reality

(VISIR).

Deve ser ressaltado que a iniciativa deste trabalho nao pretende evitar o uso do

laboratorio nem afastar os alunos do ambiente pratico. Pelo contrario, ela busca apenas

disponibilizar mais uma ferramenta de apoio ao aprendizado, possibilitando que todos os

alunos acompanhem conjuntamente uma experiencia pratica, de tal forma que os possıveis

questionamentos, discussoes e conclusoes, possam afetar todo o conjunto simultaneamente.

Isso nao impede que os alunos, isoladamente ou em pequenos grupos, repitam a experiencia

no laboratorio, de forma presencial, se assim desejarem.

1.3 Organizacao

Este trabalho esta organizado em seis capıtulos. O primeiro capıtulo consiste na

introducao do trabalho descrevendo suas motivacoes e seus objetivos.

O segundo capıtulo apresenta o cenario inicial em que se encontravam o laboratorio

e o experimento utilizados para a realizacao da aula pratica remota. Ele engloba o reco-

nhecimento do LaDISan, as partes teorica e pratica do experimento, alem da descricao da

disciplina em que foi realizada a aula, bem como os problemas enfrentados.

No capıtulo tres, e apresentada a primeira etapa do projeto da aula remota, con-

templando as solucoes implementadas para a automatizacao da pratica e para a realizacao

do acesso remoto, bem como o relato de como foi a primeira aula realizada na disciplina

em questao.

O quarto capıtulo apresenta a segunda etapa do projeto da aula pratica remota,

similarmente ao capıtulo tres, expondo mais solucoes e o relato da segunda aula.

O capıtulo cinco compara os resultados obtidos entre a primeira e a segunda etapas

do projeto, mostrando as mudancas na recepcao das turmas nas duas situacoes.

O sexto capıtulo conclui o trabalho e apresenta os trabalhos futuros a serem de-

senvolvidos.

Capıtulo 2

Cenario inicial

O presente capıtulo tem como intuito relatar o modo como funcionava o laboratorio

no cenario inicial, anterior ao projeto, bem como o experimento utilizado para realizar a

aula pratica remota.

Para tal, descreve-se o reconhecimento do local, a parte teorica e pratica do expe-

rimento, alem de relatar sobre a disciplina na qual esta inserida a aula pratica remota.

Posteriormente, sao expostos os problemas enfrentados, pelo professor da disci-

plina, na realizacao da aula pratica no cenario inicial.

2.1 O laboratorio LaDISan

O Laboratorio de Drenagem, Irrigacao e Saneamento Ambiental (LaDISan) foi

criado com o objetivo de proporcionar suporte aos cursos de Engenharia da Universidade

Federal Fluminense, por meio da pesquisa, do ensino e da extensao.

O LaDISan trabalha nas linhas de pesquisa de saneamento ambiental (incluindo,

sistemas de abastecimento de agua, de esgotamento sanitario, de resıduos solidos e de dre-

nagem urbana), de irrigacao e drenagem para fins agrıcolas e paisagısticos e de drenagem

de aterros sanitarios, de encostas e areas pavimentadas.

Um dos objetivos do laboratorio e realizar estudos que possam acarretar a conso-

lidacao de tecnologias inovadoras, atraves de experimentos que simulem problemas reais.

Esses experimentos sao passados em aulas praticas para as turmas de Engenharia da UFF

[4]. Porem, por uma deficiencia de espaco fısico do LaDISan, e impossıvel receber todos os

alunos de uma mesma turma no laboratorio, principalmente quando este numero excede

5

a 20 alunos. Este fato motivou a preparacao e a realizacao da aula pratica remota que e

abordada nesse trabalho.

A aula remota desenvolvida foi centrada no tema relacionado ao dimensionamento

de Reservatorios de Detencao aplicados a solucao de problemas de macrodrenagem. A

Secao 2.2 descreve a teoria do problema real e como o experimento era realizado.

2.2 Conhecimento do experimento

A aula pratica remota, que e abordada nesse trabalho, baseia-se no desenvolvimento

de um ensaio, em condicoes de laboratorio, para a analise do volume detido em um

Reservatorio de Detencao, a partir de um evento de cheia, provocado artificialmente em

um stand de laboratorio do tipo ARMFIELD - Hydraulic Bench [6].

A utilizacao de Reservatorios de Detencao, constitui-se em um recurso amplamente

utilizado na atenuacao e retardamento da propagacao de uma onda de cheia em um curso

d’agua.

2.2.1 Teoria: escoamento superficial de aguas pluviais

Problema Geografico

O excesso de agua, proveniente de chuvas intensas, causa um fenomeno chamado

de escoamento superficial pluvial. Isso ocorre quando a intensidade de precipitacao se

torna maior do que a taxa de infiltracao d’agua no solo.

Os rios sao naturalmente capazes de receber o aumento de vazoes causado pelo

escoamento superficial, por possuırem varzeas de inundacao e vegetacao ciliar. Porem,

com o crescimento urbano, as areas adjacentes aos cursos d’agua vem sendo cada vez mais

intensamente ocupadas, reduzindo drasticamente as faixas marginais de inundacao. Desse

modo, as edificacoes, pontes, travessias de tubulacoes, entre outros, inseridos no proprio

leito do curso d’agua, contribuem para o impedimento do fluxo normal de agua nos rios

urbanos. Tudo isso vem sendo feito sem planejamento previo da ocupacao do solo urbano,

o que agrava sobremaneira o problema das cheias urbanas [7],[8].

6

Solucoes

Os estudos no ambito da drenagem urbana visam equacionar os problemas das

inundacoes nas cidades. Entre estes estudos, tem-se as modelagens hidrologicas do tipo

chuva-vazao e as modelagens hidraulicas para analise das estruturas de conducao das

vazoes geradas pelas precipitacoes pluviometricas. Esses estudos visam propor solucoes

que amenizem os impactos causados pelas cheias urbanas. Entre as solucoes para reducao

de cheias urbanas, tem sido bastante difundido o uso de Reservatorios de Detencao ou,

mesmo, os Reservatorios de Retencao.

Nos Reservatorios de Detencao, o excesso do escoamento e detido e armazenado

temporariamente, em um processo contınuo que vai reduzindo a vazao de saıda em relacao

a de entrada no Reservatorio, alem de retardar a ocorrencia do pico de vazao efluente.

Ja os Reservatorios de Retencao sao capazes de reter determinado volume ate um

maximo, a partir do qual comeca a liberar atraves do vertedouro. Nos Reservatorios de

Retencao, o excesso de volume da chuva e armazenado total ou parcialmente na estrutura,

onde deve ficar por tempo indeterminado. Esta agua retida podera ser aproveitada para

diferentes fins, nao retornando ao seu destino original [7],[9].

A Figura 2.1 ilustra a diferenca entre os dois casos.

Figura 2.1: Diferenca entre o metodo de detencao e o metodo de retencao.

Neste trabalho, e abordado o Reservatorio de Detencao, mais especificamente cha-

mado de bacia de detencao (detention pond) [7],[10].

Bacia de detencao

Uma bacia de detencao e, simplesmente, um reservatorio onde a agua em excesso

do rio fica detida, reduzindo e retardando o pico de vazao efluente.

7

A agua entra no reservatorio com sua vazao original e sai com uma vazao menor,

evitando que o rio transborde e cause inundacoes nas areas adjacentes as suas margens.

O grafico da Figura 2.2 representa a diferenca das vazoes de entrada e de saıda do

reservatorio. A diferenca entre as curvas representa os volumes detidos e liberados pelo

reservatorio. Assim, na fase inicial do processo, quando a vazao de entrada e maior que

a vazao de saıda, o reservatorio encontra-se na fase de detencao. Ja na segunda etapa,

quando as vazoes de saıda sao maiores que as de entrada, o reservatorio encontra-se na

fase de recessao, ou seja, esta liberando agua para o curso d’agua, apos a reducao do

evento de chuva que causou o aumento da vazao registrada pelo hidrograma de entrada.

Figura 2.2: Grafico de Vazao X Tempo, mostrando a diferenca entre as vazoes de entrada

e de saıda de um reservatorio.

Para utilizar bacias de detencao, e necessario levar alguns aspectos em considera-

cao, tais como:

• a vazao maxima suportada pelo leito do curso d’agua a jusante para que nao ocorra

inundacao alem de suas margens;

• a vazao maxima que o reservatorio podera deter sem verter;

• a geometria do leito do curso d’agua, tais como: dimensoes da calha de conducao,

declividade, rugosidade e tipo de uso do solo nas areas adjacentes.

Se a intensidade de precipitacao, que ocorrer na bacia de contribuicao, produzir

vazoes maiores que a maxima suportada pelo reservatorio, havera saıda de agua pelo ver-

8

tedouro, o que pode nao ser suportado pelo leito do curso d’agua a jusante do reservatorio,

causando inundacoes [7].

Com os dados de vazao maxima suportada pelo curso d’agua e os dados do hidro-

grama de entrada para um determinado perıodo de retorno considerado, e possıvel saber

qual o volume necessario a ser detido e, por conseguinte, o tamanho do reservatorio de de-

tencao a ser construıdo. Porem, e preciso avaliar a topografia local na regiao considerada,

proxima as margens do curso d’agua, a fim de se verificar a viabilidade de instalacao do

reservatorio no local.

Caso nao seja possıvel instalar um reservatorio do tamanho requerido, uma solucao

e aumentar a quantidade de reservatorios, ao longo do curso d’agua, instalados em serie,

com volumes menores.

E este tipo de solucao, utilizando dois reservatorios em serie, que e abordada no

experimento pratico, explicado a seguir.

2.2.2 Pratica: experimento academico da bacia de detencao

O experimento pratico de bacia de detencao conta com uma planta didatica for-

mada por dois galoes plasticos, que simulam dois reservatorios de detencao instalados

em serie com controles independentes de entrada e de saıda de agua, conectados a um

equipamento para coleta e bombeamento da agua.

A planta utilizada pode ser vista na Figura 2.3

Figura 2.3: Foto da planta didatica do experimento de bacia de detencao.

9

O equipamento que bombeia a agua simula uma chuva, sendo a vazao dessa chuva

controlada por um registro manual. Os galoes representam os reservatorios de detencao.

A agua bombeada pelo equipamento, passa pelo primeiro galao plastico (Reser-

vatorio 1), que detem o maior volume de agua que pode suportar, ate passa-la para o

segundo galao plastico (Reservatorio 2). A vazao de saıda do segundo galao simula o

volume de agua na unidade de tempo que estaria, de fato, fluindo pelo rio.

Na configuracao original do experimento, nao existia instrumentos para medicao

automatica. Isso significa que as medicoes eram realizadas manualmente, com o auxılio de

uma proveta graduada para medida de volume e de um relogio para medida de tempo. Ao

longo do trabalho, esta relatado os aprimoramentos realizados nessa configuracao inicial.

2.3 A Disciplina Saneamento Basico II

2.3.1 Didatica da aula

A disciplina Saneamento Ambiental II e ministrada pelo professor Dario de An-

drade Prata Filho, para o curso de graduacao em Engenharia de Recursos Hıdricos e Meio

Ambiente, junto ao Departamento de Engenharia Agrıcola e Meio Ambiente (TER).

O estudo do uso de reservatorios de detencao, comeca na aula teorica da disciplina

e depois e ilustrado em uma aula pratica.

Essas aulas levam o aluno a compreender o efeito hidraulico de atenuacao e de

retardo na propagacao de ondas de cheias, ao passarem por reservatorios de detencao.

O estudo da propagacao de ondas de cheias tem aplicacao imediata no controle e na

previsao temporal e quantitativa dos nıveis de cheias em determinados pontos de um curso

d’agua, apos um evento de precipitacao na sua bacia contribuinte em uma determinada

regiao geografica [7].

Durante a aula pratica, usualmente sao simulados tres tipos de hidrogramas:

• Assimetrico, com fase de avanco rapida e fase de recessao longa;

• Simetrico, com as fases de avanco e de recessao ocorrendo em tempos iguais, e;

• Assimetrico, com fase de avanco lenta e fase de recessao rapida.

Estes hidrogramas podem ser vistos na Figura 2.4.

10

Figura 2.4: Tipos de hidrogramas de entrada estudados.

Isso e feito por meio de uma acao de controle manual sobre um registro que permite

aumentar ou reduzir a vazao d’agua.

Ha interesse que, durante a realizacao do ensaio, sejam apresentados graficos que

representem a variacao das vazoes e que sejam os valores numericos medidos e armazenados

em arquivos, para manipulacao futura (elaboracao de relatorios e reproducao dos graficos

visualizados durante a aula pratica).

2.3.2 Problemas enfrentados na aula pratica

Como os experimentos realizados no LaDISan tem a intencao de simular proble-

mas reais, e preciso que as medicoes necessarias sejam realizadas com eficiencia e precisao.

Dessa forma, percebeu-se que era necessario desenvolver um sistema automatico de me-

dicao de fluxo de agua, nos pontos de entrada e saıda de cada reservatorio.

Um outro problema enfrentado e a relacao entre o pequeno espaco fısico do labo-

ratorio e a grande quantidade de alunos por turma. Em termos quantitativos, o espaco

em torno da planta didatica comporta, adequadamente, menos de dez pessoas, enquanto

os modulos das turmas podem variar de trinta a sessenta alunos. Esse problema tem sido

contornado com a repeticao da aula pratica para subgrupos da turma. Por isso, surgiu a

ideia de realizar a aula pratica remota conforme descrita neste trabalho.

Capıtulo 3

Primeira etapa do projeto

Em busca de realizar melhorias no cenario inicial do projeto, algumas solucoes

foram implementadas a fim de automatizar a experiencia pratica.

Neste primeiro momento, as solucoes introduzidas foram os sensores de fluxo e o

Arduino, utilizados para automatizar a medicao de vazao da agua, bem como uma webcam

e o uso do software TeamViewer, utilizados para que fosse possıvel a realizacao da aula

remota.

Este capıtulo apresenta as solucoes implementadas, o relato de como foi a pri-

meira aula pratica remota realizada na disciplina em questao e os respectivos problemas

enfrentados nessa primeira investida.

3.1 Solucoes implementadas

3.1.1 Sensor water flow

A Figura 3.1 apresenta um sensor water flow, que e um objeto de plastico que

contem um rotor (helice) movido a agua e um sensor de efeito Hall [11],[12],[13].

Um sensor de efeito Hall e um transdutor que varia sua tensao de saıda em resposta

a um campo magnetico. No caso do sensor water flow, o sensor de efeito Hall e composto

por um ima na helice e um ima dentro do corpo do sensor. A cada vez que os imas

se encontram, ocorre um estımulo eletromagnetico e a tensao de saıda do transdutor

apresenta um valor maior que zero, como exemplificado na Figura 3.2.

12

Figura 3.1: Sensor G1/2 water flow [11].

Figura 3.2: Exemplificacao do ima na helice girando dentro do sensor e encontrando o

ima do corpo [14].

Como o proprio nome diz, o sensor water flow tem como objetivo medir o fluxo

de agua que passa por ele. Quando a agua flui pelo rotor, ele gira de acordo com a

velocidade da agua, desta forma, e possıvel saber quantas interacoes magneticas do efeito

Hall ocorreram em um determinado intervalo de tempo. Com isso, calcula-se a vazao da

agua [15],[16].

Este sensor foi incluıdo na primeira etapa do projeto para automatizar o processo

de medicao da vazao de agua que, na configuracao original do experimento, era realizada

manualmente, com o auxılio de um recipiente para medida de volume e de um relogio

para medida de tempo.

Para realizar a leitura dos dados desse sensor foi utilizado o Arduino, que esta

abordado a seguir.

3.1.2 Arduino

O Arduino [17], mostrado na Figura 3.3, e uma plataforma eletronica baseada em

um conceito de hardware e software abertos e de facil utilizacao. Ele e usado em diversas

aplicacoes praticas, desde projetos basicos ate complexos projetos cientıficos.

13

Figura 3.3: Placa Arduino Uno Rev3 [17].

Os kits de desenvolvimento Arduino utilizam um microcontrolador [18]. Um mi-

crocontrolador e um circuito integrado que reune um microprocessador e diversos circuitos

utilizados em atividades de controle.

Apesar de um microcontrolador atender a codigos de maquina, e possıvel progra-

mar um kit Arduino a partir de uma linguagem de alto nıvel, similar as linguagens de

programacao C e C++ [19]. Isso e possıvel porque o projeto Arduino disponibiliza gra-

tuitamente um IDE (Integrated Development Environment) que possibilita a edicao do

codigo, a sua compilacao e o carregamento do codigo compilado no microcontrolador,

ilustrado na Figura 3.4.

Figura 3.4: IDE do Arduino com codigo exemplo nativo do proprio.

14

Pelas facilidades de projeto, de programacao e de implantacao, apresentadas pelo

Arduino, ele foi incluıdo na primeira etapa do projeto, com o objetivo de realizar a aqui-

sicao dos dados provenientes da medicao da vazao de agua, feita pelo sensor water flow.

O sensor water flow possui tres conexoes: GND (ground ou terra), Vcc (5 Volts) e

saıda digital. Estas conexoes sao ligadas, respectivamente, nas entradas GND, 5V e porta

digital do Arduino.

No caso desse projeto, foram utilizados 3 sensores. Um para a leitura da vazao de

entrada do primeiro reservatorio, um para vazao intermediaria entre os reservatorios e um

para vazao de saıda do segundo reservatorio, como indicado na Figura 3.5.

Figura 3.5: Posicionamento dos sensores em relacao os reservatorios.

Para o calculo da vazao, realizado pelo codigo programado no Arduino, foi utilizado

o conceito computacional de interrupcao. Durante um intervalo de tempo de ∆t = 1 s, o

atendimento a interrupcoes e habilitado e o codigo principal e pausado. A cada rotacao do

rotor, o sensor gera um pulso, que e aplicado a um pino do Arduino. Esse pulso aciona uma

interrupcao, que ativa um codigo de atendimento a tal interrupcao, acumulando o numero

de vezes que o rotor do sensor girou. Ao final do intervalo de tempo, as interrupcoes sao

desabilitadas e o codigo principal calcula o valor da vazao.

De acordo com o datasheet do sensor utilizado, a frequencia dos pulsos gerados

pelo sensor e igual a 7,5 vezes a vazao. Como a frequencia e dada em Hz, ela representa o

numero de rotacoes do rotor em um segundo. Logo, para calcular o valor da vazao, bastar

dividir a frequencia medida por 7,5 [12].

As unicas portas digitais configuradas no Arduino Uno (que foi o kit utilizado no

projeto) para operar uma rotina de interrupcao sao as portas 2 e 3. Alternativamente,

pode-se utilizar a biblioteca PinChangeInt.h, que permite transformar qualquer pino di-

15

gital em um que acione uma rotina de interrupcao. Como o projeto necessitava de mais

de duas portas, utilizou-se a biblioteca [20].

Com isso, foi viavel criar o codigo para a medicao da vazao, apresentado no Apen-

dice A e comentado a seguir.

A primeira etapa do codigo e a inclusao da biblioteca necessaria, a declaracao dos

pinos que serao reconfigurados pela biblioteca e a declaracao das demais variaveis.

Foram declaradas variaveis para a contagem das rotacoes realizadas pelo rotor e

para receber os valores das vazoes. Assim, ha um total de tres conjuntos dessas variaveis,

um para cada sensor.

Em seguida, ha a rotina void setup(), responsavel pelas configuracoes do codigo.

Primeiro, configura-se a taxa de transferencia em bits por segundo para transmissao se-

rial, para, deste modo, haver comunicacao entre o computador e o Arduino, tornando-se

possıvel utilizar o Serial Monitor e o Serial Plotter.

O Serial Monitor e o Serial Plotter sao terminais virtuais seriais que auxiliam no

recebimento e no envio de dados entre o computador e o Arduino, sem a necessidade de

recorrer a uma ferramenta externa. O Serial Monitor possui dois campos: um onde pode

ser inserida uma mensagem a ser enviada ao Arduino e outro, maior, onde sao exibidos os

valores enviados do Arduino. O Serial Plotter, similarmente ao Serial Monitor, tambem

exibe os valores enviados pelo Arduino, porem o faz graficamente [21].

As ultimas configuracoes feitas na void setup() sao para as portas digitais funcio-

narem como entrada e, logo apos, serem usadas para chamar a rotina de interrupcao.

No codigo principal void loop(), a primeira etapa e atribuir valor “0” as variaveis

responsaveis por armazenar a contagem das rotacoes realizadas pelo rotor. Para comecar

a leitura, a interrupcao e habilitada, o programa e pausado por 1 segundo enquanto e

feita a contagem das rotacoes e, logo apos, a interrupcao e desabilitada e e feito o calculo

da vazao.

Por fim, utiliza-se a funcao Serial.print() para mostrar as medicoes no Serial Mo-

nitor ou no Serial Plotter.

3.1.3 Webcam

Uma webcam e uma camera de vıdeo que captura e transfere imagens em tempo

real para um computador ou uma rede de computadores. Este tipo de camera e de menor

16

custo, pois possui baixo preco de producao. Apesar disso, sua qualidade de resolucao

pode ser muito satisfatoria [22]. A webcam fixa utilizada e mostrada na Figura 3.6.

Figura 3.6: Webcam Multilaser WC046 [22].

Suas aplicacoes podem ser das mais diversas, desde videoconferencias, vigilancia de

ambientes, ate producao de vıdeos e imagens. Ela se tornou tao popular que, basicamente,

todos notebooks ja as possuem acopladas de fabrica [23].

Na primeira etapa do projeto da aula pratica remota, foi utilizada uma webcam

externa fixa, que se conectava ao computador via cabo USB, para possibilitar a sua

movimentacao. Essa camera foi utilizada para que a pratica fosse visualizada, em tempo

real, na sala de aula.

A webcam, junto com o Arduino, precisam ser conectados a um computador loca-

lizado dentro do laboratorio. Para a imagem da camera ser vista e o IDE do Arduino ser

manipulado, diretamente da sala de aula, foi utilizado o aplicativo TeamViewer, que sera

abordado na Secao 3.1.4.

3.1.4 TeamViewer

O TeamViewer e um software para controle remoto que, dentro de algumas carac-

terısticas, compartilha a area de trabalho da interface grafica com o usuario de um sistema

operacional, realiza transferencia de arquivos entre computadores e faz conferencia online.

Ele esta disponıvel para a maioria dos sistemas operacionais, tais como: Micro-

soft Windows, MacOS, Linux e Android. Tambem e possıvel acessar um computador

utilizando o TeamViewer a partir de um navegador Web [24].

Cada console de gerenciamento do TeamViewer, que pode ser visto na Figura 3.7,

possui um ID (Identity) fixo e uma senha aleatoria que e alterada esporadicamente. E

17

atraves desse ID e dessa senha que um dispositivo pode controlar o outro, desde que os

dois tenham seus consoles devidamente ativos. Tambem e possıvel criar uma senha fixa

para um dispositivo poder acessar o outro sem se preocupar com a troca constante da

senha aleatoria. Desta forma, e possıvel controlar outro dispositivo em qualquer horario,

local e distancia.

Figura 3.7: Console de gerenciamento do TeamViewer.

O TeamViewer foi escolhido porque ele ja havia sido testado e utilizado em projetos

desenvolvidos anteriormente. Alem disso, ele dispoe de caracterısticas que aplicativos

similares nao possuem, como o compartilhamento da area de trabalho e audioconferencia.

Ele foi utilizado no projeto para que o computador localizado dentro da sala de aula

pudesse visualizar a imagem da webcam e manipular o IDE do Arduino, conectados a

um computador localizado dentro do laboratorio. Alem disso, e possıvel estabelecer uma

comunicacao via audioconferencia pelo TeamViewer entre os dispositivos conectados, para

que as pessoas dentro do laboratorio possam interagir com as pessoas que estao na sala

de aula.

O uso do TeamViewer possibilita que a aula pratica remota fique mais automati-

zada. Desta forma, o professor da disciplina pode manipular os equipamentos que estao

no laboratorio sem depender, completamente, de terceiras pessoas.

Para realizar a aula utilizando o TeamViewer, no entanto, e necessario que ambos os

computadores tenham uma boa conexao a Internet [25]. Por esta razao, foram realizados

testes na rede wireless que seria utilizada. Estes testes estao explicitados a seguir.

18

3.1.5 Conexao Internet

Nao e possıvel dizer exatamente a quantidade de dados que o TeamViewer usara

durante uma conexao, dado que isso depende muito das aplicacoes que serao utilizadas du-

rante a mesma. Por exemplo, quais softwares estao sendo utilizados, ou, se esta ocorrendo

transferencia de arquivos entre os computadores.

No entanto, pode-se verificar a quantidade de dados que o TeamViewer esta usando

durante uma conexao especıfica, acessando a barra de ferramentas do controle remoto

[25],[26].

Ao fazer uma conexao com TeamViewer, utilizando as ferramentas necessarias para

a aula pratica remota, foi possıvel notar que as taxas de download e de upload usadas

eram em torno de 1 Mbps e 0,5 Mbps, respectivamente.

Desta maneira, foram realizados testes na rede escolhida para conectar os compu-

tadores durante a aula pratica remota, para verificar se ela estava dentro dos requisitos

necessarios.

A UFF disponibiliza em todo o seu campus uma rede chamada de EduRoam (edu-

cation roaming). O EduRoam e um servico de acesso wireless seguro, desenvolvido para

educacao e pesquisa. Ele tem o intuito de prover conectividade a Internet a estudan-

tes e pesquisadores dentro de suas universidades e de outras instituicoes parceiras [27].

Dessa forma, ela foi naturalmente escolhida como a primeira opcao de conexao entre os

computadores.

Nos testes realizados, foram feitas medidas de potencia e de vazao (throughput)

em todo ambiente do LaDISan e na sala de aula onde a disciplina Saneamento Basico II

e realizada.

As medidas de potencia foram feitas com o intuito de verificar o alcance da rede

dentro dos dois ambientes, ja que este fator varia bruscamente com obstaculos no caminho

e com o tipo de antena do ponto de acesso [25],[28].

As medidas de vazao (throughput) tem como objetivo medir a taxa de transferencia

de rede. Essa taxa, e a taxa de entrega de mensagens bem sucedidas atraves do canal de

comunicacao [25].

Essas medicoes foram realizadas sem um extremo rigor matematico, a fim de veri-

ficar se seria viavel a conexao do TeamViewer entre os computadores.

Para medir a potencia, foi utilizado o aplicativo WiFiAnalyzer, Versao 1.8.11. O

19

aplicativo tem como funcao utilizar um smartphone como um analisador de Wi-Fi [25].

Para medir vazao foi utilizado o aplicativo SpeedTest, Versao 4.1.9. A funcao do

aplicativo e realizar testes de conexao, medindo as taxas de download e de upload.

Foram realizadas 30 medicoes de potencia e de vazao, 15 no laboratorio e 15 na

sala de aula. As medidas, realizadas em aparelhos celulares, foram obtidas com copias de

tela para cada resultado.

As medicoes, assim como o resultado do calculo de suas medias e seus desvios

padroes, estao apresentados nas Tabelas 3.1 e 3.2.

Com os resultados obtidos na manipulacao dos dados coletados, foi possıvel perce-

ber que a rede EduRoam cobre as taxas de download e upload que o TeamViewer utiliza

durante a conexao especıfica para a realizacao da aula pratica remota. Alem disso, a rede

apresenta um otimo alcance dentro dos dois ambientes e isso pode ser observado pelos

valores coletados de potencia no LaDISan e na sala de aula.

LaDISan

Medicoes Potencia (dBm) Download (Mbps) Upload (Mbps)

1 -45 13,9 22,2

2 -47 22,3 33

3 -48 22,8 21,7

4 -44 22,9 30,1

5 -45 17,3 28,6

6 -47 16,4 24,8

7 -49 27,4 41,1

8 -47 19,6 30

9 -45 19,0 30,7

10 -51 17,8 30

11 -49 11,2 35,8

12 -52 19,8 22,8

13 -48 19,5 41,7

14 -50 23,4 37,9

15 -49 18,2 31,2

Medias -47,73 19,43 30,77

Desvios Padroes 2,34 4,03 6,37

Tabela 3.1: Tabela de medicoes no LaDISan.

20

Sala de aula

Medicoes Potencia (dBm) Download (Mbps) Upload (Mbps)

1 -55 0,33 11,2

2 -54 1,78 11,7

3 -56 3,94 8,77

4 -59 0,63 1,43

5 -57 0,70 1,25

6 -60 0,15 1,65

7 -51 0,57 1,44

8 -52 1,80 1,85

9 -53 1,61 1,2

10 -61 1,93 1,31

11 -59 3,35 3,44

12 -57 0,45 0,97

13 -62 4,61 6,47

14 -59 3,49 4,06

15 -60 0,66 4,05

Medias -57 1,74 4,05

Desvios Padroes 3,40 1,46 3,74

Tabela 3.2: Tabela de medicoes na sala de aula.

3.2 Primeira aula pratica remota realizada

Uma vez que todas as solucoes, citadas na Secao 3.1, foram incorporadas ao expe-

rimento pratico de bacia de detencao, foi possıvel realizar um teste real da aula remota

na disciplina de Saneamento Basico II.

3.2.1 Preparacao da aula

Foram realizados diversos testes da aula com as ferramentas e softwares agregados

ao projeto.

Durante a realizacao da experiencia da aula pratica da disciplina ha interesse que

sejam apresentados graficos relativos as medicoes e que os valores numericos medidos

sejam armazenados em arquivos, para manipulacao futura (elaboracao de relatorios e

reproducao dos graficos visualizados durante a aula pratica).

Na versao atual do IDE do Arduino, o Serial Monitor e o Serial Plotter nao

21

podem ser executadas ao mesmo tempo. Assim, nao seria possıvel apresentar os graficos

e os valores numericos, em tempo real, simultaneamente.

Dado que foi considerado que mostrar os graficos em tempo real era mais impor-

tante do que os valores, o Serial Plotter foi escolhido para ser exibido durante a aula.

Porem, ao se utilizar o Serial Plotter, nao ha como armazenar os valores numericos.

Por esta razao, todos os tres tipos de hidrogramas que sao simulados na aula pratica

foram reproduzidos em um experimento no laboratorio, utilizando o Serial Monitor, antes

da realizacao efetiva da aula pratica remota, para armazenar os valores.

Esses tres tipos de hidrogramas, como ja citado na Secao 2.3.1, sao:

• Assimetrico, com fase de avanco rapida e fase de recessao longa;

• Simetrico, com as fases de avanco e de recessao ocorrendo em tempos iguais, e;

• Assimetrico, com fase de avanco lenta e fase de recessao rapida.

Para produzir esses tres tipos de hidrogramas, o controle da valvula de agua foi

anteriormente planejado por meio de uma Tabela Vazao x Tempo. A tabela informava as

vazoes que deveriam ser alcancadas em cada perıodo de tempo, para se obter as curvas

desejadas.

3.2.2 Execucao da aula

A primeira aula pratica remota efetiva foi realizada no dia 20 de setembro de 2017.

A turma, neste dia, contava com cerca de 40 alunos presentes. Alem do professor Dario,

do professor Alexandre e das autoras deste trabalho, o grupo PET-Tele [29] auxiliou na

realizacao da aula.

O primeiro passo para a aula foi montar e testar toda a sua infraestrutura. Um

notebook foi posicionado dentro do laboratorio, com o Arduino e a webcam conectados

a ele. Um segundo notebook foi posicionado dentro da sala de aula. Em ambos, estava

instalado o aplicativo de compartilhamento e de controle TeamViewer.

Os computadores foram ligados em rede pelo sistema EduRoam-UFF.

A tela do notebook localizado dentro do laboratorio foi organizada da seguinte

forma: de um lado a imagem da webcam e do outro lado o IDE do Arduino, e, quando

iniciado o experimento, o Serial Plotter para mostrar a geracao dinamica das curvas do

grafico.

22

As autoras e o professor Alexandre ficaram posicionados dentro do laboratorio para

monitorar o notebook, movimentar a webcam se necessario, e controlar o registro geral da

planta do experimento. Dois alunos do grupo PET-Tele ficaram dentro da sala de aula,

para auxiliar o professor Dario.

Na primeira metade da aula, o professor Dario apresentou a parte teorica do as-

sunto. Quando finalizada a teoria da materia, ele acessou o notebook do laboratorio pelo

TeamViewer, a partir do notebook localizado na sala de aula. A imagem vista na tela do

notebook da sala de aula, pode ser vista na Figura 3.8

Figura 3.8: Imagem vista na tela do notebook localizado na sala de aula.

Por meio da interacao de audio, ele orientou uma das alunas para controlar o

registro geral da planta no laboratorio, enquanto a outra aluna movimentava a webcam

para mostrar as partes da planta mais importantes de serem vistas a cada etapa do

experimento. Esse cenario pode ser visualizado na Figura 3.9.

Figura 3.9: Cenario do laboratorio durante a primeira aula pratica remota.

23

Os tres tipos de hidrogramas foram realizados durante a aula pratica remota. O

grafico da Figura 3.10 e referente ao hidrograma assimetrico com fase de avanco rapida e

fase de recessao longa.

Figura 3.10: Hidrograma assimetrico, com fase de avanco rapida e fase de recessao longa.

Toda a operacao foi acompanhada pela turma por meio da projecao em um telao

existente na sala de aula. A imagem vista pela turma no telao era exatamente a mesma

vista na tela do computador, porem com uma pior resolucao.

3.2.3 Recepcao da turma

A aula pratica remota tem como objetivo contornar o problema da relacao entre o

pequeno espaco fısico do laboratorio e a grande quantidade de alunos por turma. Porem,

nao havia razoes para prosseguir com o projeto se nao houvesse uma boa aceitacao por

parte dos alunos.

Por este motivo, um formulario foi criado para saber a opiniao da turma sobre a

aula realizada. Ele foi feito no aplicativo Google Forms, ferramenta da Google que permite

criar formularios online, de forma rapida e simples [30].

O formulario nao so mostra a receptividade da turma, como, tambem, indica os

pontos a serem melhorados para as aulas serem cada vez mais pertinentes para os alunos.

Nele foram incluıdas perguntas desde sobre a qualidade da camera e a qualidade do grafico

ate o entendimento da pratica e a assimilacao da teoria da disciplina.

Nessa primeira aula pratica remota realizada, estavam presentes cerca de 40 alunos.

24

As autoras e os professores orientaram a todos que preenchessem o formulario. Porem,

embora todos os alunos tenham recebido uma mensagem, via e-mail, com orientacoes de

como preenche-lo, apenas 22 alunos o fizeram. Isso significa que somente metade da turma

respondeu o formulario.

As primeiras perguntas do formulario tinham relacao com ja ter estado presencial-

mente no LaDISan e ja ter assistido ao experimento presencialmente. Todos os alunos ja

haviam feito ambos. O que significa que todos ja tinham conhecimento do espaco fısico

do local e das dificuldades de assistir ao experimento em um local que nao acomoda a

toda turma.

As perguntas subsequentes tinham relacao com a qualidade do vıdeo e qualidade do

grafico. Como pode ser visto nos graficos apresentados na Figura 3.11, a grande maioria

da turma achou a qualidade do vıdeo e do grafico boas, apesar da piora da resolucao da

imagem do computador ao ser transferida para o telao pelo projetor.

Figura 3.11: Perguntas e respostas referentes a qualidade do vıdeo e a do grafico.

Uma pergunta foi feita para saber o que poderia ser melhorado na qualidade do

vıdeo. Cinquenta por cento da turma sugeriu uma melhoria da resolucao, seguido por

cerca de quarenta por cento sugerindo melhoria no travamento e no delay do vıdeo. Tam-

bem houve, ainda que poucas, recomendacoes para aperfeicoar o audio da transmissao e

aprimorar o tipo de camera utilizada.

A proxima pergunta tinha o intuito de saber se os alunos conseguiram visualizar

com detalhe o que estava acontecendo no laboratorio, como, por exemplo, ver a agua

passando de um galao para o outro. A Figura 3.12 mostra que a maioria dos alunos achou

25

a visualizacao boa.

Figura 3.12: Pergunta e respostas referentes a visualizacao do laboratorio.

As perguntas posteriores tinham o objetivo de saber se a turma havia compreendido

a pratica em questao e se ela havia ajudado a complementar a teoria da disciplina. As

perguntas nao tinham relacao com a qualidade de imagem e, sim, com o entendimento

da materia. Como pode ser visto na Figura 3.13, a grande maioria da turma conseguiu

entender muito bem a experiencia. Ja em relacao a ajudar a teoria da disciplina, alguns

alunos nao acharam tao satisfatorio, mas a maioria das respostas continuaram positivas.

Figura 3.13: Perguntas e respostas referentes a compreensao da pratica e da teoria.

Havia uma pergunta destinada aos alunos que nunca tinham estado no LaDISan,

para saber se eles achavam que a aula pratica remota era um bom primeiro contato com

o experimento. Porem, como nao havia alguem na turma nessa situacao, nao foi possıvel

obter uma resposta util para a pergunta.

26

As ultimas perguntas tratavam diretamente da aprovacao da aula pela turma.

Para saber se eles achavam a aula uma boa solucao para o problema de espaco fısico do

laboratorio e para saber se eles gostariam de ter outra aula experimental via vıdeo. A

Figura 3.14 mostra que mais de oitenta e cinco por cento dos alunos que responderam ao

formulario, se mostraram favoravel a aula pratica remota.

Figura 3.14: Respostas diretamente referentes a aprovacao da aula.

Por fim, havia uma opcao para os alunos acrescentarem sua opiniao ou sugestao,

de forma anonima, sobre a aula. Os comentarios foram pertinentes com o resultado

das demais perguntas do formulario e com o objetivo da aula. Seguem algumas das

observacoes.

“A aula foi bastante produtiva e dinamica. Professor conseguiu explicar o

experimento com as imagens e eu consegui entender completamente as tres

diferentes formas apresentadas. Muito obrigada!”

“Por ja ter trabalhado em laboratorio, acredito que a experiencia profissional

seja obrigatoria. Porem, com os problemas apresentados, vıdeos podem vir a

ser uma alternativa viavel.”

“Bela iniciativa para a turma (que e grande) para assistir os experimentos sem

ficar um em cima do outro la no laboratorio.”

“Seria bom se a camera pudesse acompanhar o experimento e que nao fosse

fixa em apenas um lugar.”

27

Analisando todas as perguntas e os comentarios dos alunos, percebe-se que houve

uma grande aceitacao por parte deles a essa primeira aula pratica remota realizada em

sala. Isso estimulou a continuacao do projeto para disponibilizar mais uma ferramenta

de apoio ao aprendizado, possibilitando que todos os alunos acompanhem juntamente e

confortavelmente uma experiencia pratica.

3.3 Problemas enfrentados

Essa primeira etapa do projeto, apesar de bem sucedida, apresentou alguns pro-

blemas que sao expostos a seguir.

O primeiro problema enfrentado foi em relacao a reducao da qualidade, ao trava-

mento e ao delay do vıdeo no computador da sala de aula devido ao acesso remoto do

TeamViewer, utilizando a rede EduRoam. Podia ser observado, claramente, que a ima-

gem vista no notebook localizado no laboratorio era superior, em todos esses fatores, a

qualidade da imagem vista no notebook da sala de aula.

No TeamViewer, ha a possibilidade de otimizar a velocidade de transmissao, oti-

mizar a qualidade de imagem ou optar por uma selecao automatica. Durantes os testes

realizados antes da aula efetiva, percebeu-se que, apesar de apresentar problemas, a me-

lhor opcao era a selecao automatica. Isso porque, ao selecionar a opcao de otimizacao de

imagem, a velocidade da transmissao diminuıa bruscamente, impossibilitando visualizar

a pratica em tempo real. E, ao selecionar a opcao de otimizacao de velocidade, se tornava

impercebıvel ver os detalhes visuais do que estava acontecendo no laboratorio.

Outra situacao que diminuiu a qualidade da imagem foi a projecao da imagem do

notebook no telao. Isso ocorreu, pois a resolucao do projetor utilizado, que usava conexao

VGA (Video Graphics Array), era consideravelmente menor do que a resolucao do sinal

enviado para ele.

Mais um fator de qualidade de imagem foi a nitidez da camera utilizada. A webcam

apresenta uma resolucao razoavelmente satisfatoria, porem, somada a todos os outros

fatores que diminuıam mais ainda a qualidade da imagem, viu-se que era necessaria uma

camera de maior resolucao.

Uma outra complicacao, em relacao a webcam fixa, foi o fato dela ser conectada ao

computador por um cabo USB e nao ser automatizada para se movimentar remotamente.

28

Isso quer dizer que era preciso, obrigatoriamente, que uma pessoa a movimentasse, fi-

cando limitada ao tamanho do cabo USB, o que, alem de fazer a experiencia ficar mais

dependente de terceiros, deixava a imagem da camera instavel.

Mais um problema foi a necessidade de uma pessoa para manipular o registro

geral da planta do laboratorio. Essa situacao, nao afeta significativamente o resultado do

experimento, mas ela impede, junto com a necessidade de uma pessoa para movimentar a

webcam, que a aula pratica remota seja completamente automatizada, de modo que nao

seja necessario alguem, alem do professor em sala de aula, para aplica-la.

Um problema que ja foi citado na Secao 3.2.1, foi em relacao ao fato do IDE

do Arduino nao possibilitar mostrar os graficos e os valores numericos em tempo real

simultaneamente, ja que ele nao permite a execucao do Serial Plotter e do Serial Monitor

ao mesmo tempo. Isso afetou a aula, porque os alunos conseguiam visualizar o grafico,

mas nao conseguiam ver os valores numericos. Alem disso, como foi escolhido mostrar os

graficos durante a aula, os valores nao podiam ser armazenados, o que tornou necessario

a realizacao do experimento antes da aula efetiva para armazenamento dos valores.

Durante a primeira aula pratica remota em sala, ocorreu uma complicacao que nao

havia ocorrido em nenhum dos testes realizados previamente. A audioconferencia nativa

do TeamViewer nao funcionou para ambos os lados. Quem estava no laboratorio conseguia

ouvir quem estava na sala de aula, porem, quem estava na sala de aula nao conseguia

ouvir quem estava no laboratorio. Deste modo, foi necessario a utilizacao de celulares

para estabelecer uma comunicacao de audio. Num momento posterior, foi descoberto que

o problema foi causado pela conversao entre padroes de interface utilizados para conectar

o computador ao projetor. Uma descricao mais detalhada deste problema e sua solucao,

estao detalhadas na Secao 4.1.3.

Uma ultima consideracao, que pode ser vista como um contratempo, e a de que a

nao adesao por toda a turma na resposta ao formulario, pode ter prejudicado a avaliacao

da aceitacao a aula.

Diante dos problemas relatados, foi realizada uma segunda etapa do projeto, a

fim de tentar soluciona-los. A intencao dela foi automatizar a aula ainda mais, para o

professor Dario nao depender de terceiros e prover uma experiencia ainda melhor para os

alunos.

Capıtulo 4

Segunda etapa do projeto

Apos a execucao da primeira aula remota, foi possıvel perceber que o projeto podia

ser melhorado, tanto para os alunos quanto para o professor.

Por esse motivo, novas solucoes foram incorporadas ao projeto, tais como: uma

segunda camera, com movimento e melhor qualidade e resolucao de imagem, uma ferra-

menta mais eficiente para a visualizacao simultanea dos valores adquiridos e dos graficos,

alem do aperfeicoamento na audioconferencia.

Este capıtulo apresenta essas novas solucoes implementadas, assim como o relato da

segunda aula pratica remota realizada na disciplina e os respectivos problemas enfrentados

nessa segunda experiencia, similarmente ao capıtulo tres.

4.1 Solucoes implementadas

4.1.1 Camera IP

Uma webcam, geralmente, e conectada por um cabo USB, ou cabo similar, ou

incorporada em hardware de computador. Ao contrario disso, uma camera IP pode ser

acessada e controlada via qualquer rede IP [25], como a Internet. Alem disso, uma camera

IP possui uma qualidade de resolucao muito superior a da webcam, e um preco similar,

dependendo da marca. A Figura 4.1 mostra a camera adicionada nessa etapa do projeto.

Utilizando um aplicativo proprio da camera ou um navegador Web e tendo conexao

de alta velocidade com a Internet e possıvel acessar ao vıdeo da camera de qualquer lugar

e por qualquer aparelho (tais como celular e notebook).

30

Figura 4.1: Camera Wireless IP [31].

Uma camera IP atual e compatıvel com as tecnologias Ethernet e Wi-Fi e possui

diversas funcoes. Dentro dessas estao: controle e rotacao da camera, habilitacao de audio

e luz infravermelha para uso noturno. Suas aplicacoes sao das mais diversas, desde de

seguranca (vigilancia de ambientes), acessibilidade e automatizacao [31].

Para a segunda etapa do projeto da aula pratica remota, foi utilizada uma camera

IP da marca Jortan com resolucao HD [32]. Essa camera foi escolhida porque ela nao

precisa ser movimentada manualmente, alem de nao estar conectada a um computador

via cabo, diferentemente da webcam utilizada na primeira etapa. Isso faz com que a

movimentacao e a estabilidade da imagem da camera aumentem, alem da automatizacao

da aula, pois a camera nao esta presa perto do computador e nao necessita de uma pessoa

para movimenta-la.

A camera IP Jortan possui um aplicativo proprio para o celular (YYP2P versao

00.47.00.16 ) e um outro para o computador (CMSClient). Para utilizar a camera na

tecnologia Wi-Fi, foi necessario configura-la com o aplicativo para celular. Na aula pratica,

o aplicativo para computador foi utilizado.

4.1.2 ViewDuino

O ViewDuino e um aplicativo para computadores, que possui uma interface grafica

com o usuario, capaz de receber dados provenientes da comunicacao serial do Arduino.

Essa ferramenta foi elaborada na linguagem de programacao Python [33], na Universidade

Federal de Santa Catarina (UFSC) e esta disponıvel para download gratuito [34].

O Viewduino tem diversas funcionalidades, tais como: mostrar valores e curvas de

um grafico em tempo real, fazer o ajuste de uma reta, fazer histogramas e criar tabelas

31

para armazenamento de dados.

A utilizacao e simples. Basta programar o Arduino pelo seu IDE proprio e, depois,

configurar o ViewDuino para a porta USB na qual o Arduino esta conectado. A unica

restricao e que os dados devem ser configurados para serem enviados separados por ponto

e vırgula (“;”). Alem disso, o ViewDuino atribui a primeira coluna ao instante que recebeu

os dados, desta forma, nao e necessario enviar uma coluna com essa informacao, a nao ser

que o usuario considere necessario.

O ViewDuino foi adicionado nessa etapa do projeto como uma solucao para o

problema enfrentado no IDE do Arduino, que nao permite a execucao simultanea do

Serial Monitor e do Serial Plotter, tornando-o incapaz de apresentar graficos e valores

numericos, em tempo real.

Este problema, prejudicou a primeira aula pratica remota realizada, ja que du-

rante a realizacao da experiencia, ha o interesse que sejam apresentados graficos relativos

as medicoes e que os valores numericos medidos sejam armazenados em arquivos, para

manipulacao futura.

A sua interface grafica e de facil utilizacao e pode ser vista na Figura 4.2.

Figura 4.2: Interface grafica do ViewDuino.

4.1.3 Melhorias de audioconferencia

Como citado na Secao 3.3, sobre os problemas enfrentados na primeira etapa do

projeto, durante a primeira aula pratica remota em sala, ocorreu uma complicacao que

32

nao havia ocorrido em nenhum dos testes realizados previamente. A audioconferencia

nativa do TeamViewer nao funcionou para ambos os lados. Quem estava no laboratorio

conseguia ouvir quem estava na sala de aula, porem, quem estava na sala de aula nao

conseguia ouvir quem estava no laboratorio.

O que ocasionou este problema foi o fato do computador utilizado so oferecer uma

conexao do tipo HDMI (High-Definition Multimedia Interface) e o projetor so oferecer

uma conexao do tipo VGA (Video Graphics Array). Foi necessario utilizar um conversor

HDMI-VGA para realizar a transmissao entre o computador e o projetor.

O VGA e um padrao de vıdeo que opera em modo analogico e permite que imagens

sejam transmitidas em tempo real de um computador para um monitor ou um projetor

que tenha essa saıda. Porem, este padrao so transmite imagens [35].

A tecnologia HDMI e uma interface capaz de transmitir audio e vıdeo. Ela trabalha

em modo digital e e uma evolucao dos padroes analogicos, como o VGA. O HDMI substitui

a necessidade de varios cabos para conectar os sinais de audio e vıdeo de um aparelho a

outro. Apenas um unico cabo e conector fazem todas as ligacoes necessarias [36].

Ao se utilizar o conversor HDMI-VGA, o computador que possui uma saıda HDMI

transmite dados de vıdeo e de som. Porem, o projetor com entrada VGA recebe apenas

os dados de imagem. Por esta razao, nao se pode ouvir o som nem no computador, nem

no projetor.

Ha algumas maneiras de se corrigir esse problema. Uma delas e utilizar um projetor

mais moderno com entrada HDMI. Porem, como o projetor utilizado nas aulas e oferecido

pela universidade, essa nao era uma opcao viavel para o projeto. Outra opcao, que foi

a utilizada nessa segunda etapa do projeto, e configurar o som do notebook para nao

transmitir o audio pela conexao HDMI, e, sim, externalizar o audio na caixa de som

propria do computador.

Para melhorar a qualidade do som para a turma, optou-se por inserir uma caixa

de som externa de maior potencia do que a incorporada ao notebook.

4.2 Segunda aula pratica remota realizada

Uma vez que todas as solucoes, citadas na Secao 4.1, foram incorporadas para

melhorar a aula pratica remota, foi possıvel realizar um segundo teste real na disciplina

33

de Saneamento Basico II.

4.2.1 Preparacao da aula

As ferramentas descritas na Secao 4.1, necessitavam de instalacao e de algum en-

tendimento basico para a sua utilizacao.

No caso do ViewDuino, para ele ser executado, o primeiro passo foi a instalacao do

interpretador Python, ja que o mesmo foi elaborado nesta linguagem de programacao. Essa

linguagem de programacao e de alto nıvel e codigo aberto [33]. Para o funcionamento do

ViewDuino, tambem foram instalados pacotes nao inclusos no download do interpretador.

No caso da camera IP, foi necessario instalar os seus aplicativos proprios para o

celular e para o computador. Para utilizar a camera na tecnologia Wi-Fi, foi necessario

configura-la com o aplicativo para celular. Para so assim, utilizar na aula pratica remota,

o aplicativo do computador.

Foram realizados diversos testes para a execucao da segunda aula utilizando as

ferramentas ja existente e as novas agregadas ao projeto.

Os testes realizados com o ViewDuino funcionaram perfeitamente. Foram eles: a

visualizacao dos valores numericos, similarmente ao que foi feito com o Serial Monitor, a

geracao de uma tabela com esses valores, que podia ser armazenada ao fim do experimento,

e a geracao dinamica das curvas de hidrograma de entrada, intermediaria e de saıda,

similarmente ao que foi feito com o Serial Plotter. Todos esses testes foram realizados

simultaneamente, como desejado.

Os testes realizados com a camera IP, funcionaram conforme o esperado ate certo

momento. A camera parou de aceitar a configuracao Wi-Fi no teste final antes da aula,

o que obrigou a utilizacao da tecnologia Ethernet, no dia da aula efetiva. Para evitar que

a camera precisasse ficar perto do computador, foi utilizado um cabo de rede de grande

comprimento.

4.2.2 Execucao da aula

A segunda aula pratica remota efetiva foi realizada no dia 18 de abril de 2018. Ela

foi exatamente a mesma aula que foi dada no segundo semestre de 2017. A unica mudanca

foram as novas ferramentas implementadas nessa segunda etapa do projeto.

34

A turma, neste dia, contava com cerca de 25 alunos presentes. Alem do professor

Dario, do professor Alexandre e das autoras do trabalho, um monitor do LaDISan auxiliou

na realizacao da aula.

O primeiro passo para a aula foi montar e testar toda a sua infraestrutura no seu

inıcio.

Um notebook foi posicionado dentro do laboratorio, com o Arduino, a webcam e a

camera IP conectados a ele, alem de possuir o aplicativo ViewDuino instalado. Optou-se

por utilizar a webcam novamente, para complementar a visualizacao da planta didatica. A

camera IP foi posicionada em um local onde toda a configuracao do experimento pudesse

ser vista e a webcam ficou posicionada em outro angulo de frente para o experimento. Um

segundo notebook foi posicionado dentro da sala de aula. Em ambos, estava instalado o

aplicativo de compartilhamento e de controle TeamViewer.

Os computadores foram ligados em rede pelo sistema EduRoam-UFF.

A tela do notebook localizado dentro do laboratorio foi organizada da seguinte

forma: de um lado, as imagens da camera IP e da webcam, e, do outro lado, o ViewDuino

mostrando os valores numericos e a geracao dinamica dos graficos, simultaneamente. Um

exemplo da tela apresentada pode ser visualizado na Figura 4.3.

Figura 4.3: Imagem vista na tela do notebook localizado no laboratorio.

As autoras e o professor Alexandre, ficaram posicionados dentro do laboratorio

para monitorar o notebook e controlar o registro geral da planta do experimento. O

monitor do LaDISan ficou dentro da sala de aula, para auxiliar o professor Dario.

35

Na primeira metade da aula, o professor Dario apresentou a parte teorica do as-

sunto. Ao finalizar a teoria da materia, ele acessou o notebook do laboratorio pelo Team-

Viewer, a partir do notebook localizado na sala de aula. Por meio da interacao de audio,

proporcionada pelo TeamViewer, ele orientou uma das alunas para controlar o registro ge-

ral da planta no laboratorio, enquanto a outra aluna monitorava o notebook. Esse cenario

pode ser visualizado na Figura 4.4.

Figura 4.4: Cenario do laboratorio durante a segunda aula pratica remota.

Assim como na primeira aula pratica remota, os tres tipos de hidrogramas desejados

foram realizados nessa aula. As Figuras 4.5, 4.6 e 4.7 mostram os tres hidrogramas.

Figura 4.5: Hidrograma simetrico: avanco e recessao ocorrendo em tempos iguais.

36

.

Figura 4.6: Hidrograma assimetrico: avanco rapido e recessao longa.

Figura 4.7: Hidrograma assimetrico: avanco lento e recessao rapida.

37

Toda a operacao foi acompanhada pela turma por meio da projecao no telao exis-

tente na sala de aula. A imagem vista pela turma era exatamente a mesma vista na tela

do computador, porem com uma pior resolucao. A Figura 4.8 mostra o professor Dario

realizando explicacoes sobre o experimento durante a realizacao da pratica, na sala de

aula. A Figura 4.9 apresenta os autores e os alunos presentes, apos o termino da aula.

Figura 4.8: Cenario da sala de aula durante a segunda aula pratica remota.

Figura 4.9: Os autores e os alunos presentes, apos o termino da aula.

38

4.2.3 Recepcao da turma

O mesmo formulario utilizado na primeira aula foi passado a turma, nessa segunda

etapa, para saber a opiniao dos alunos e ter ideia da receptividade a aula, como, tambem,

os pontos a serem melhorados. Alem disso, desejava-se comparar, posteriormente, as

respostas adquiridas nessa nova pesquisa com as respostas da primeira.

Nessa segunda aula pratica remota realizada, cerca de 25 alunos assistiram a aula

e 20 alunos aderiram ao formulario.

As primeiras perguntas do formulario tinham relacao com ja ter estado presencial-

mente no LaDISan e ja ter assistido ao experimento presencialmente. Metade da turma

ja conhecia o laboratorio, porem somente vinte por cento assistiu a experiencia presenci-

almente no LaDISan.

As perguntas subsequentes tinham relacao com a qualidade do vıdeo e a qualidade

do grafico. Como pode ser visto nos graficos apresentados na Figura 4.10, a grande maioria

da turma achou a qualidade do vıdeo e a do grafico muito boas ou boas.

Figura 4.10: Perguntas e respostas referentes a qualidade do vıdeo e a do grafico.

Uma pergunta foi feita para saber o que poderia ser melhorado na qualidade do

vıdeo. Cerca de cinquenta por cento da turma sugeriu uma melhoria da resolucao, do

travamento e do delay.

A proxima pergunta tinha o intuito de saber se os alunos conseguiram visualizar


passando de um galao para o outro. A Figura 4.11 mostra que a metade dos alunos achou

a visualizacao boa ou muito boa.

39

Figura 4.11: Pergunta e respostas referentes a visualizacao do laboratorio.




da materia. Como pode ser visto na Figura 4.12, a grande maioria da turma conseguiu

entender muito bem a experiencia e achou que ela ajudou muito a entender a teoria da

disciplina.

Figura 4.12: Perguntas e respostas referentes a compreensao da pratica e da teoria.

Uma pergunta foi destinada aos alunos que nunca tinham estado no LaDISan,

para saber se eles achavam que a aula pratica remota era um bom primeiro contato com

o experimento. Mais da metade dos alunos que responderam ao formulario e que nunca

estiveram no laboratorio, acharam que a aula experimental via vıdeo foi um bom primeiro

contato com o experimento.

40

As ultimas perguntas tratavam diretamente da aprovacao da aula remota pela

turma. Para saber se eles achavam a aula remota uma boa solucao para o problema de

espaco fısico do laboratorio e para saber se eles gostariam de ter outra aula experimental

via vıdeo. Todos os alunos que ja estiveram no LaDISan, acharam que a aula pratica

remota e uma boa solucao para o problema de espaco.

A Figura 4.13 mostra que noventa e cinco por cento dos alunos respondentes,

mostraram-se favoravel a aula pratica remota.

Figura 4.13: Respostas diretamente referentes a aprovacao da aula.

Por fim, havia uma opcao para os alunos acrescentarem sua opiniao ou sugestao,

de forma anonima, sobre a aula. Os comentarios foram pertinentes com o resultado

das demais perguntas do formulario e com o objetivo da aula. Seguem algumas das

observacoes.

“A aula por vıdeo foi muito interessante, deu para ver o que acontecia clara-

mente. Infelizmente houveram alguns travamentos mas fora isto tudo ok.”

“O vıdeo junto com o grafico acabaram ficando muito pequenos pra um mesmo

retroprojetor, acho que talvez uma agua colorida ou o uso de dois retroproje-

tores seria de melhor visualizacao.”

“Infelizmente a qualidade da Internet da Universidade nao proporcionou a me-

lhor experiencia possıvel. Porem, a ideia e muito boa e cumpre seu objetivo.”

“Muito bom para contornar o problema de espaco no laboratorio. Pena que a

41

faculdade nao oferece melhor infraestrutura (Internet, equipamentos, labora-

torio maior e etc).”

Analisando todas as perguntas e os comentarios dos alunos, percebe-se que, assim

como na primeira aula, houve uma grande aceitacao por parte deles. O que estimula

ainda mais a continuacao do projeto para disponibilizar mais uma ferramenta de apoio

ao aprendizado.

4.3 Problemas enfrentados

Esta segunda etapa do projeto apresentou menos problemas do que a primeira,

porem alguns se mantiveram e outros novos surgiram.

Um problema que se manteve nesta etapa foi em relacao a reducao da qualidade, do

travamento e do delay, de imagem no computador da sala de aula devido a rede EduRoam

que interfere no acesso remoto utilizando o TeamViewer. Outra situacao que se manteve,

em relacao a qualidade de imagem, foi a reducao da resolucao da tela ao ser projetada do

notebook para o telao.

Outro problema mantido foi a necessidade de uma pessoa para manipular o registro

geral da planta do laboratorio. Apesar de nao impedir a realizacao da aula remota, isso

nao permite que a aula pratica remota seja completamente automatizada.

A ultima adversidade enfrentada foi com a camera IP. Os testes com a camera

funcionaram conforme o esperado ate um certo momento. Conseguiu-se configurar a

camera para operar na tecnologia Ethernet e na Wi-Fi, facilmente. Porem, a camera parou

de aceitar a configuracao Wi-Fi no teste final antes da aula, o que obrigou a utilizacao da

tecnologia Ethernet, via cabo de rede de grande comprimento. Num momento posterior,

foi descoberto que isso foi ocasionado por um problema temporario com o aplicativo

proprio para celular da camera, que voltou a funcionar normalmente dias apos a aula.

Esses problemas mostram que e possıvel melhorar ainda mais a aula pratica remota

tratada neste trabalho.

Capıtulo 5

Comparacao das etapas do projeto

Este capıtulo tem como objetivo comparar os resultados obtidos entre a primeira e

a segunda etapas do projeto, a fim de avaliar se as melhorias de uma para outra geraram

o efeito desejado de tornar as aulas mais pertinentes para os alunos.

Para isto, os formularios respondidos pelas turmas em cada etapa do projeto foram

utilizados.

5.1 Recepcao das turmas

Uma boa forma de fazer um comparativo entre as etapas e as duas aulas praticas

remotas realizadas em sala e contrapor a opiniao dos alunos que presenciaram cada uma

delas.

Como um mesmo formulario foi respondido pelas duas turmas, suas respostas mos-

tram se as melhorias surtiram efeito ou nao. Isso ocorre, pois o formulario nao so mostra

a receptividade da turma, como, tambem, indica os pontos que devem ser aprimorados

na aula.

Apesar dessa comparacao ser um meio de avaliacao das duas etapas, e importante

atentar-se ao fato que turmas diferentes podem ter opinioes muito distintas.

A primeira aula pratica remota realizada contou com muito mais alunos do que a

segunda. Porem, o numero de alunos que aderiram ao formulario foi quase o mesmo em

ambas.

Uma questao importante para ser levada em consideracao na avaliacao da turma,

e se os alunos ja estiveram presencialmente no LaDISan e se ja assistiram a experiencia

43

presencialmente. Ja que este fato pode alterar a perspectiva do aluno em relacao a aula

pratica remota. Na primeira aula, todos os alunos ja haviam feito ambos, o que significa

que todos ja tinham conhecimento do espaco fısico do local e das dificuldades de assistir

ao experimento em um local que nao acomoda a toda turma. Ja na segunda aula, metade

da turma conhecia o laboratorio e a maioria ainda nao havia assistido a experiencia

presencialmente no LaDISan.

As primeiras perguntas, tinham relacao com a qualidade do vıdeo e qualidade do

grafico. Como pode ser visto nos graficos apresentados na Figura 5.1, a segunda turma

achou a qualidade do vıdeo e a do grafico melhores do que a primeira. Isso pode ser

observado devido ao aumento da porcentagem na classificacao de “Muito Bom”. Esse fato

pode ser efeito da adicao de uma camera de maior resolucao e de uma ferramenta que nao

mostra somente o grafico, mas os valores numericos do mesmo.

Figura 5.1: Comparacao perguntas e respostas referentes a qualidade do vıdeo e a do

grafico.

A pergunta subsequente tinha o intuito de saber se os alunos conseguiram visualizar


passando de um galao para o outro. A Figura 5.2 mostra que a primeira turma conseguiu

visualizar melhor os acontecimentos do que a segunda, apesar das respostas anteriores

expressarem que a segunda turma achou a qualidade do vıdeo melhor. Isso pode ter sido

ocasionado pelo fato da primeira turma ja ter assistido a experiencia presencialmente, o

que torna mais facil para eles saberem o que estava acontecendo.

44

Figura 5.2: Comparacao pergunta e respostas referentes a visualizacao do laboratorio.




da materia. Como pode ser visto na Figura 5.3, a primeira turma entendeu melhor a

experiencia via vıdeo, porem a segunda achou que a aula remota os ajudou a entender

melhor a teoria da materia. Novamente, esse fato pode ter relacao com a primeira turma

ja ter assistido o experimento no laboratorio, o que faria com que eles entendessem melhor

a experiencia, mas nao agregaria mais conhecimentos teoricos.

Figura 5.3: Comparacao perguntas e respostas referentes a compreensao da pratica e da

teoria.

As ultimas perguntas tratavam diretamente da aprovacao da aula pela turma.

Para saber se eles achavam a aula uma boa solucao para o problema de espaco fısico do

45

laboratorio e para saber se eles gostariam de ter outra aula experimental via vıdeo.

Todos os alunos da segunda turma que ja haviam estado no LaDISan, acharam a

aula uma boa solucao para o problema de espaco fısico do laboratorio, contra cerca de

oitenta por cento da primeira turma. Mais de oitenta e cinco por cento da primeira turma,

gostaria de ter outra aula experimental via vıdeo, contra noventa e cinco por cento da

segunda.

Analisando todas as perguntas, percebe-se que houve uma grande aceitacao por

parte das turmas a aula pratica remota.

Apesar da primeira turma ter respondido algumas perguntas mais positivamente

que a segunda, a aprovacao da segunda turma foi quase absoluta.

Essa aprovacao maior da segunda turma mostra que as solucoes implementadas

na segunda etapa do projeto, surtiram, de fato, o efeito desejado de que as melhorias

tornassem as aulas mais pertinentes para os alunos.

Capıtulo 6

Conclusao e trabalhos futuros

Levando-se em consideracao o apresentado durante o desenvolvimento deste traba-

lho, este capıtulo fornece uma analise final dos resultados obtidos durante as duas etapas

do projeto.

6.1 Conclusao

Este trabalho utilizou a tecnologia de automatizacao e a tecnologia de acesso re-

moto para elaborar e realizar uma aula pratica remota a partir da automatizacao de um

experimento com modelo fısico sobre detencao de agua de chuva no LaDISan, localizado

na Escola de Engenharia da UFF.

Softwares e ferramentas, baseados nestas tecnologias, foram implementados para

aumentar a eficiencia do uso da planta didatica do laboratorio, ja que a mesma era des-

provida de equipamentos para medicao automatica, alem de tornar possıvel a realizacao

da aula pratica remota, para resolver o problema de espaco fısico do LaDISan.

A opcao pela aula remota e uso dos sensores permitiu maior precisao e rapidez na

medicao de vazoes, alem da construcao de graficos, em tempo real, para a visualizacao

simultanea pelos alunos na sala de aula teorica. Alem disso, os dados foram registra-

dos e salvos em arquivos, podendo imediatamente serem disponibilzados para os alunos

elaborarem o relatorio da aula pratica. Foi possıvel economizar tempo de aula para o

desenvolvimento de conteudo pratico, alem de tornar mais efetivo o interesse dos alunos

a aula, bem como sua compreensao sobre o tema.

A aula pratica remota foi realizada em dois perıodos letivos consecutivos (2017-2

47

e 2018-1). Percebeu-se que as solucoes implementadas em cada etapa surtiram o efeito

desejado, a partir da analise das respostas positivas dos alunos que responderam aos

formularios confeccionados. Alem disso, a turma que assistiu a segunda aula mostrou

maior aprovacao do que a primeira, o que era esperado dada as melhorias feitas de uma

etapa para a outra.

Os responsaveis pelo LaDISan tambem se mostraram receptivos as mudancas feitas

no laboratorio e a aula pratica remota, pois elas aumentaram a dinamica das aulas e a

motivacao dos alunos pela disciplina.

Em suma, o projeto so poderia ser classificado como bem sucedido se houvesse uma

boa aceitacao por parte das turmas e dos responsaveis pelo laboratorio. Pode-se dizer,

entao, que o objetivo foi cumprido com exito.

Novamente, e importante ser destacado que tal iniciativa nao pretende evitar o

uso do laboratorio nem afastar os alunos do ambiente pratico. Pelo contrario, ela busca

apenas disponibilizar mais uma ferramenta de apoio ao aprendizado.

6.2 Sugestoes para trabalhos futuros

Para os trabalhos futuros, pretende-se aperfeicoar e acrescentar novas funcionali-

dades a aula pratica remota e ao laboratorio.

A primeira delas e melhorar a qualidade da imagem projetada no telao da sala de

aula. Porem, isso requer recursos da universidade, tais como melhores projetores e melhor

conexao de rede.

Outra, e a substituicao do registro geral de entrada de agua, que atualmente e

puramente mecanico, por um registro eletromecanico.

No futuro, tambem, seria interessante tornar outros experimentos do LaDISan

automatizados para possibilitar novas aulas remotas, alem de acrescentar ao projeto outros

laboratorios que possam estar passando por problemas similares.

48

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49

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[10] Ponds

Disponıvel em: http://www.lccdnet.org/wp-content/uploads/Ponds.pdf


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Disponıvel em: https://www.seeedstudio.com/G1%262%22-Water-Flow-Sensor-p-

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[12] Datasheet G1/2 Water Flow sensor

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[14] Hall effect sensor

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[16] COELHO, T. C.; SIQUEIRA, L. P.; OLIVEIRA, F. B.; DE LA VEGA, A.S.. IM-

PLANTACAO DE UM SISTEMA AUTOMATICO PARA MEDICAO DE FLUXO

EM UMA PLANTA DIDATICA USANDO UM KIT ARDUINO E O SENSOR WA-

TER FLOW G1/2, Anais: XLV - Congresso Brasileiro de Educacao em Engenharia

– COBENGE, Joinville SC, 2017.

50

[17] What is Arduino?

Disponıvel em: https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction


[18] ATmega328

Disponıvel em: https://www.microchip.com/wwwproducts/en/ATmega328


[19] B. W. Kernighan e D. W. Ritchie. The C Programming Language, Prentice Hall, 2

ed., 1988.

[20] Digital Pins With Interrupts

Disponıvel em: http://www.arduino.cc/en/Reference/AttachInterrupt


[21] Arduino - Comunicacao Serial

Disponıvel em: https://www.embarcados.com.br/arduino-comunicacao-serial/


[22] Webcam Multilaser WC046

Disponıvel em: https://www.lojamultilaser.com.br/webcam-multilaser-plug-play-

black-piano-wc046/p


[23] Webcam

Disponıvel em: https://en.wikipedia.org/wiki/Webcam


[24] Suporte remoto TeamViewer

Disponıvel em: https://www.teamviewer.com/pt/use-cases/remote-support/


[25] KUROSE, James F.. Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down.

3a edicao, Sao Paulo, Pearson Addison Wesley, 2006.

51

[26] Data Usage

Disponıvel em: https://community.teamviewer.com/t5/TeamViewer-11/Data-

Usage/td-p/689


[27] Projeto Eduroam-Br,

Disponıvel em: http://www.midiacom.uff.br/eduroam-br/


[28] Alcance de redes wireless

Disponıvel em: https://www.hardware.com.br/dicas/alcance-redes-wireless.html


[29] PET-Tele (PET - Engenharia de Telecomunicacoes da UFF)

Disponıvel em:http://www.telecom.uff.br/pet/


[30] Formularios Google

Disponıvel em: https://www.google.com/forms/about/


[31] Camera IP

Disponıvel em: https://www.sitehosting.com.br/camera-ip/


[32] 720p

Disponıvel em: https://www.afterdawn.com/glossary/term.cfm/720p


[33] Python

Disponıvel em:https://www.python.org/


[34] Projeto TeachDuino - ViewDuino

Disponıvel em: http://teachduino.ufsc.br/viewduino-uma-interface-grafica-para-

dados-do-arduino/


52

[35] O que e VGA

Disponıvel em: https://www.tecmundo.com.br/video/1802-o-que-e-vga-.htm


[36] O que e HDMI

Disponıvel em: https://www.tecmundo.com.br/hdmi/1834-o-que-e-hdmi-.htm


Apendice A

Codigo Arduino

#include "PinChangeInt.h"

#define PinItrpt11 11

#define PinItrpt9 9

#define PinItrpt5 5

float vazao_entrada;

float vazao_intermediaria;

float vazao_saida;

int contaPulso_entrada;

int contaPulso_intermediaria;

int contaPulso_saida;

int i=0;

void setup(){

Serial.begin(9600);

pinMode(PinItrpt9, INPUT);

PCintPort::attachInterrupt(PinItrpt9, incpulso_entrada, RISING);


PCintPort::attachInterrupt(PinItrpt5, incpulso_saida, RISING);

54


PCintPort::attachInterrupt(PinItrpt11, incpulso_intermediaria, RISING);

Serial.println("\nINICIO\n");

Serial.println("ENTRADA -- INTERMEDIARIO -- SAIDA");

}

void loop (){

contaPulso_entrada = 0;

contaPulso_intermediaria = 0;

contaPulso_saida = 0;

sei();

delay (1000);

cli();

vazao_entrada = contaPulso_entrada/7.5;

vazao_intermediaria = contaPulso_intermediaria/7.5;

vazao_saida = contaPulso_saida/7.5;

i++;

Serial.print(" ");

Serial.print(vazao_entrada);

Serial.print(" ");

Serial.print(vazao_intermediaria);

Serial.print(" ");

Serial.print(vazao_saida);

Serial.print(" ");

Serial.print(" L/min");

55

Serial.print(" ");

Serial.print(i);

Serial.println("s");

}

void incpulso_entrada (){

contaPulso_entrada++;

}

void incpulso_intermediaria (){

contaPulso_intermediaria++;

}

void incpulso_saida (){

contaPulso_saida++;

}

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Universidade Federal Fluminense Escola de Engenharia Curso ... · 3.10 Hidrograma assim etrico, com fase de avanco rapida e fase de recess~ao longa.23 3.11 Perguntas e respostas referentes