O foco de nosso trabalho de pesquisa está no desenvolvimento de novos equipamentos científicos utilizando a eletrônica embarcada da plataforma Arduino e a tecnologia de impressão 3D.
Eletrônica Embarcada no Meio Acadêmico
A eletrônica embarcada, com destaque para a plataforma Arduino, tem se tornado uma ferramenta essencial no meio acadêmico, revolucionando o ensino de tecnologia e engenharia. O Arduino é uma placa de microcontrolador de código aberto que permite o desenvolvimento de projetos interativos, combinando hardware e software de forma acessível.
Arduino
No contexto acadêmico, o Arduino capacita alunos e pesquisadores a explorarem soluções tecnológicas de forma acessível, preparando-os para os desafios da indústria 4.0 e da era digital.
Aplicações na Educação
- Aprendizado Prático: Estimula o entendimento de conceitos de eletrônica, programação e automação através de projetos “mão na massa”.
- Interdisciplinaridade: Integra disciplinas como robótica, internet das coisas (IoT) e inteligência artificial, incentivando a inovação.
- Prototipagem Rápida: Facilita o desenvolvimento de soluções para problemas reais, promovendo a criatividade e o pensamento crítico.
Impressão 3D no Meio Acadêmico
A impressão 3D tem se consolidado como uma ferramenta inovadora no meio acadêmico, transformando o aprendizado e a pesquisa em diversas áreas. Sua aplicação vai além das engenharias, abrangendo a química, física, ciências biológicas, artes, design e até medicina.
Benefícios na Educação
- Aprendizado Prático: Estudantes podem transformar conceitos teóricos em modelos físicos, facilitando a compreensão de conteúdos complexos;
- Prototipagem Rápida: Projetos acadêmicos ganham agilidade com a criação de protótipos funcionais de baixo custo;
- Incentivo à Criatividade: A tecnologia estimula soluções inovadoras e o desenvolvimento de projetos interdisciplinares.
Impacto na Pesquisa
A impressão 3D tem permitido avanços significativos em pesquisas científicas, como o desenvolvimento de modelos anatômicos precisos para estudos médicos e a criação de dispositivos experimentais personalizados em laboratórios.
Essa tecnologia segue ampliando suas possibilidades, preparando estudantes e pesquisadores para um futuro cada vez mais digital e inovador.
Equipamentos Desenvolvidos
Fotorreatores
Fotorreatores são dispositivos projetados para realizar reações químicas ou biológicas ativadas por luz. Utilizam fontes de radiação como LEDs, lâmpadas UV ou visíveis para induzir processos fotoquímicos ou fotobiológicos em soluções, gases ou superfícies.
Esses sistemas permitem o controle preciso de variáveis experimentais, como intensidade luminosa, comprimento de onda, temperatura e agitação, otimizando o desempenho das reações. São amplamente utilizados em áreas como síntese de nanomateriais, degradação de poluentes, tratamentos de água e produção de energia renovável, como fotossíntese artificial.
Fotorreatores modernos incorporam tecnologias avançadas, como microcontroladores, que oferecem automação e maior versatilidade em aplicações industriais e laboratoriais.
Nesse sentido, desenvolvemos um Fotorreator que utiliza tubos de ensaio de 15 mL, que pode ser utilizado na fotodegradação de corantes.
Apresentado este projeto nos seguintes eventos:
- I Congresso Nacional de Extensão em Engenharia Química: Fotodegradação de Corante: Desenvolvimento de um Fotorreator de baixo custo para o Ensino de Reações Fotoquímicas;
- X Simpósio Integrado UNIFAL-MG: Degradação do Corante Azul de Metileno por Fotocatálise Heterogênea Utilizando um Nanocomposto Baseado em Nanopartículas Magnéticas e TiO2;
- II Brazilian Symposium on Nanotechnology Engineering: Photocatalysis with TiO2 Nanoparticles: A Study of Rhodamine B Dye Degradation in a Low-Cost Photoreactor;
- 36º Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química (36º ERSBQ-MG): Desenvolvimento e Aplicação de um Fotorreator Simples para Estudos de Fotocatálise Heterogênea.
Bomba Peristáltica com Controle de Fluxo
Desenvolvida como instrumentação auxiliar crítica para experimentos de pesquisa avançada, como aqueles que envolvem a Microbalança de Cristal de Quartzo (QCM). Esta bomba peristáltica possui controle de fluxo altamente ajustável, essencial para garantir a vazão constante e precisa de fluidos sobre o sensor do QCM. O controle é realizado por um motor de passo gerenciado pela plataforma Arduino, o que permite o ajuste fino do volume e da velocidade de bombeamento. Toda a carcaça e as peças de precisão da bomba foram fabricadas utilizando a tecnologia de impressão 3D, otimizando a montagem e reduzindo o custo total.
Agitador Mecânico com Controle Digital
Desenvolvido especificamente para simular e otimizar processos de tratamento de água em pequena escala, como os realizados em uma Estação de Tratamento de Água (ETA) didática. Este agitador mecânico utiliza uma hélice para promover a agitação física nos tanques, garantindo a mistura eficiente de agentes químicos (como cal) e a formação de flocos. O equipamento é controlado por uma placa Arduino, permitindo o ajuste preciso da velocidade de rotação do motor. Essa funcionalidade é crucial para simular as diferentes etapas do tratamento (mistura rápida e floculação lenta) e para fins de estudo e otimização de dosagens de coagulantes em ambiente laboratorial.
Agitador Magnético com Controle Digital
Desenvolvido para assegurar a homogeneidade das reações em suspensão, este agitador utiliza um microcontrolador Arduino para controle preciso de velocidade via PWM. A sua característica didática é o bargraph de LEDs integrado, que oferece feedback visual direto ao usuário sobre o percentual de velocidade em uso, facilitando a compreensão do controle digital no contexto da instrumentação científica.
Softwares Utilizados
- Fusion 360: Software da Autodesk utilizado para criar desenhos e modelos 3D. Embora seja um software pago, ele oferece uma licença anual gratuita para usuários com vínculo acadêmico. Site para download.
- Arduino IDE: Software de código aberto facilita a escrita de código e o upload para a placa. Este software pode ser usado com qualquer placa Arduino. Site para download.
- Ultimaker Cura: Software fatiador gratuíto para impressão 3D. Site para download.