REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7369941
Gustavo Silva Augusto Gomes; Matheus Albuquerque da Silva; Raphael Lopes Ciceri;
Orientador: Sandro Martini.
Resumo:
O crescente aumento da população mundial vem fomentando o consumo dos mais diversos tipos de produtos no mercado e, junto a este processo a intensificação na produção de resíduos sólidos descartados em centros urbanos. Com o intuito de reduzir este impacto foi desenvolvido o estudo de adaptação de dispositivo utilizando conceitos de mecânica dos fluidos, para aplicação e retenção de resíduos sólidos em conjuntos de galerias de águas urbanas, permitindo enviar informações a companhia operadora sobre a necessidade de atuação nos pontos de interesse, viabilizando custos de mão de obra, bem como promovendo cuidados com o meio ambiente. O dispositivo permite a passagem do fluxo d’água e retém resíduos sólidos, segundo a teoria de força de arrasto, com o acúmulo de resíduos será gerada a tensão de tração no sistema de suporte da rede, este sistema é conectado ao sensor de célula de carga que quando acionado enviará o sinal elétrico para a placa controladora GSM e por fim transmitirá a informação ao usuário final. Os principais resultados obtidos com esta aplicação foram a aplicação da teoria de arraste para resolução de problemas ambientais, bem como a minimizar custos relativos a gastos com atuações em limpezas de rios e leitos. Com este trabalho, será possível implantar o sistema de retenção de resíduos sólidos nos mais diversos tipos de sistemas de galerias urbanas de forma que, reduzindo gastos relativos à manutenção de rios e coletas de lixo, bem como a redução de despejo de resíduos que poderão seguir para correta destinação, promovendo o bem-estar do meio ambiente.
Palavras-chave: resíduos-sólidos; rios; ambiente; barreira; GSM.
Solid Waste Retention and Monitoring System in Urban Galleries Drains
Abstract:
The growing world population has been promoting the consumption of the most diverse types of products in the market and, along with this process, the intensification in the generation of solid waste discarded in urban centers. To reduce this impact was developed the study of device creation using concepts of fluid mechanics, for application and retention of solid waste in sets of urban water galleries, Allowing the operator to send information about the need to act at points of interest, enabling labor costs, as well as promoting care for the environment. The device allows the passage of water flow and retains solid waste, according to the theory of drag force, with the accumulation of waste will be generated traction stress in the support system of the network, this system is connected to the load cell sensor which when triggered will send the electrical signal to the GSM controller board and finally transmit the information to the end user. The main results obtained with this application were the application of drag theory to solve environmental problems, as well as to minimize costs related to expenses with actions in river and bed cleaning. With this work, it will be possible to implement the solid waste retention system in the most diverse types of urban galleries systems so that, reducing expenses related to the maintenance of rivers and garbage collections, as well as the reduction of waste disposal that can follow for proper disposal, promoting the well-being of the environment.
Keywords: solid waste; rivers; environment; barrier; GSM.
1 Introdução
Segundo United Nations Environment Programme (Global Waste Management Outlook, 2022) são gerados nos centros urbanos espalhados pelo globo um montante estimado de 2 bilhões de toneladas de resíduos sólidos anualmente, no ano de 2020 aproximadamente 82 milhões de toneladas foram produzidos pelo Brasil, dentre este volume, 2 milhões de toneladas de lixo foram despejados em locais inapropriados (Abralpe, 2021), tais como rios, ruas, praias e galerias urbanas tendo como possível destino a costa brasileira, e como consequência o agravamento das condições do meio-ambiente o que dificulta sua restauração.
Com este cenário, desenvolvemos um dispositivo mecânico para a retenção de resíduos sólidos urbanos que apresente baixo custo, fácil utilização e integralização com órgãos operadores. Para este projeto foi aplicado o conceito de teoria de arraste em fluidos com base nos conhecimentos relativos a Engenharia Mecânica relacionando a força gerada pelo fluxo d’água contra o montante de resíduos sólidos retidos na rede retentora, onde a força gerada aciona a célula de carga que envia um sinal eletrônico para a placa GSM e, em seguida processa o sinal e envia a informação via SMS para operadora de manutenção ou prefeitura responsável. Também para estudo e exemplificação de caso, utilizamos um ponto de deságue de águas urbanas na cidade de Atibaia localizada no estado de São Paulo.
Tendo como principais direcionadores de resultados, esta solução viabiliza a utilização de sistema de retenção de resíduos sólidos em sistemas de desagues de galerias urbanas reduzindo custos operacionais, impactos ambientais bem como também evitar problemas relativos a enchentes pela obstrução de sistema de vazão de águas urbanas. Devido a falta de dados concretos por parte de entidades governamentais e de gestão público administrativa quanto aos dados relativos ao volume de RSU despejados em sistemas de galerias urbanas bem como os custos de manutenção e limpeza destes, acabaram dificultando a precisão das análises, que poderiam adicionar maiores informações e enfatizar a viabilidade deste projeto.
1.1 Justificativa
Este trabalho foi desenvolvido para promover a aplicação dos conhecimentos da Engenharia Mecânica a soluções relativas ao Meio Ambiente, buscando mitigar as dificuldades de inovações e investimentos em projetos ambientais, beneficiando empresas e governos com o baixo custo de implantação e viabilidade de manutenção, comunidades terão um ambiente mais limpo e saudável, e principalmente o meio ambiente que manterá o correto ciclo natural sem implicações provenientes do homem.
O descarte incorreto de resíduos sólidos urbanos gera graves problemas a rios, lençóis freáticos e a vida em geral, bem como dificulta a vivência de pessoas que moram em centros urbanos, gerando a obstrução de vazão d’água em épocas de chuva criando assim enchentes. A solução tratada neste trabalho discorre sobre a desenvolvimento de um sistema que previne os problemas já mencionados, atuando de modo a antecipar ações que poderão trazer ótimos resultados a médio e longo prazo.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
A implantação de projetos demanda profundo estudo de viabilidade, tendo em vista a relação custo-benefício gerada por toda e qualquer iniciativa. No Brasil em função de diversas barreiras de desenvolvimento, projetos podem encontrar grandes dificuldades para criação e aplicação. Tendo em vista este cenário, o objetivo deste trabalho é desenvolver um dispositivo de retenção de resíduos sólidos de forma a integrar dispositivo e comunicação GSM facilitando a detecção da força de arrasto produzido pela água contra o montante de lixo que se forma na rede de contenção em função do seu acumulo com o decorrer do tempo, onde haverá um sensor sinalizando essa força, e informando e permitindo o gerenciamento pelo responsável, o que possibilita saber de forma preventiva quando deverá ser feita a atuação de limpeza e manutenção do ponto de interesse.
1.2.2 Objetivo Específico
• Relacionar sustentabilidade e resíduos sólidos;
• Justificar os maiores problemas que geram a poluição dos rios;
• Comentar brevemente sobre os equipamentos principais utilizados no projeto;
• Pesquisar e relacionar Teoria de arraste;
• Mostrar todo o desenvolvimento do projeto e materiais utilizados com suas respectivas quantidades.
1.2.3 Estrutura do trabalho
Para melhor entendimento de todo o processo, de como foi pensado e desenvolvido a solução de retenção de RSU e comunicação, este trabalho foi dividido em 6 capítulos diferentes, onde no primeiro capítulo introduzimos o tema e o objetivo do trabalho e o estruturamos, no segundo capítulo nós pontuamos todas as pesquisas, bem como os maiores problemas de RSU, exemplos de instalações do exterior, fundamentamos sobre teoria de arraste e mecânica dos fluídos, e falamos brevemente sobre os principais materiais utilizados e sobre sua história, no terceiro capítulo pontuamos sobre todos os materiais utilizados e suas respectivas quantidades para cada instalação, e então justificamos o uso de cada material, comentamos o desenvolvimento do projeto e por fim um exemplo comumente encontrado da inexistência de tecnologias nacionais, no quarto capítulo discutimos sobre o projeto, e demonstramos a análise e os resultados , no quinto capítulo as conclusões finais discutidas após o término do projeto, e por fim as referências no último capítulo.
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Sustentabilidade e Resíduos Sólidos
Os problemas ambientais constituem uma consequência negativa da atividade prática do sujeito que conhece e transforma o objeto e isso pode ser dado tanto pela superexploração excessiva da natureza para lucrar com ela, pelo desenvolvimento e pobreza, pela falta de consciência e conhecimento etc. É por isso que é importante dizer que o conhecimento dos fatores que possibilitam essa relação dialética entre o homem e a natureza é importante.
Três das razões mais comumente citadas sobre como o comportamento humano levou à degradação ambiental são a demografia, os estilos de vida modernos e o comportamento dos indivíduos. A demografia significa simplesmente que somos muito numerosos no planeta. A pegada ecológica se consolidou como um indicador de sustentabilidade a nível internacional. A Pegada Ecológica foi criada no intuito de avaliar a utilização dos recursos da natureza para sustentar o estilo de vida humano. Pois tudo o que está ao redor do ser humano vem da natureza (FONSECA; OLIVEIRA, 2013).
A pegada ecológica é um grande indicador, que mede o potencial da melhoria da sustentabilidade local e pode ser utilizada como auxiliar no processo de planejamento das cidades em relação à integração entre o meio ambiente, crescimento e o desenvolvimento econômico (LISBOA, 2007).
No mundo hodierno a Pegada Ecológica não significa apenas uma nova forma de trabalhar as questões da educação ambiental. Ela é uma ferramenta de leitura e interpretação da realidade social, intelectual e econômica proporcionando a construção de novos caminhos para uma prática com sucesso (FONSECA; OLIVEIRA, p. 105).
O mundo tinha superávit ambiental em 1961. A pegada ecológica total era de 7 bilhões de hectares globais (gha) para 9,6 bilhões de gha de biocapacidade. A pegada ecológica per capita era de 2,29 gha e a biocapacidade per capita de 3,13 gha, para uma população em torno de 3 bilhões de habitantes, em 1961. Em 2012, o mundo tinha uma população 7,1 bilhões de pessoas, com uma pegada ecológica per capita de 2,84 hectares globais (gha) e uma biocapacidade per capita de 1,73 gha. Já Em 2014, o mundo tinha uma população 7,4 bilhões de pessoas, com uma pegada ecológica per capita de 2,84 hectares globais (gha) e uma biocapacidade per capita de 1,68 gha (ver gráfico 1), como resultado houve um déficit total de 68%. Ou dito de outra maneira, o mundo estava consumindo o equivalente a 1,68 planeta. Portanto, a população mundial vive no vermelho e provoca um déficit ambiental que cresce a cada ano. A humanidade ultrapassou a capacidade de carga do Planeta (ALVES, 2019).
Figura 1 – População x Pegada Ecológica per capita x Biocapacidade per capita mundo (1961-2014)
A imputação de estilos de vida moderna baseia-se no reconhecimento de que as áreas urbanas e os países avançados têm maior consumo per capita de recursos. Os países onde as condições de vida melhoraram rapidamente quase dobraram suas pegadas ecológicas nas duas últimas décadas: em 2012, a maioria dos países de alta renda tinha uma pegada ecológica insustentável. A explicação baseada no comportamento individual considera que os indivíduos são tanto a fonte de problemas ambientais quanto a sua potencial solução, por meio da adoção, por exemplo, de políticas que incentivem a reciclagem, o uso de bicicletas e veículos eficientes (ALVES, 2019).
Como resultado da relação homem-natureza e do relacionamento homem-homem, um sistema de valores que expressam os interesses das classes e grupos dominantes e regulam as relações entre homens e mulheres precisa ser moldado na sociedade e nas comunidades em particular, bem como suas relações com a natureza, pois o problema ambiental também constitui um questionamento do sistema de valores vigentes e é, por sua vez, o reflexo da atual racionalidade econômica, o que demanda uma abordagem educacional.
A degradação ambiental, juntamente com o esgotamento ecológico e a desigualdade gerada pelo avanço do mundo globalizado traz o conceito de sustentabilidade, sendo de muita importância para a humanidade, visto que ao se estudar a sustentabilidade se poderá ter uma nova visão de mundo. Um mundo em que o saber ambiental emerge de uma reflexão sobre a construção da própria vida humana na Terra (ROOS; BECKER, 2012, p. 857).
Nos últimos tempos, tem surgido um processo de conscientização sobre questões ambientais que, de certa forma, expressa a necessidade de visualizar essa racionalidade sob um novo sistema de valores; e como resultado da natureza secundária da consciência social em relação ao ser, a consciência ambiental está sendo moldada, como uma nova forma de consciência social, associada à inquietação do pensamento teórico que visa buscar uma resposta objetiva ao problema e uma solução efetiva que garanta o desenvolvimento econômico da sociedade e a conservação de seus valores, bem como a formação de novos valores que demonstrem uma atitude de respeito à natureza e a outros indivíduos, que cada cidadão tenha uma parcela de responsabilidade diante dos problemas cruciais que a sociedade enfrenta e pela busca de soluções para o futuro da humanidade.
A ciência da sustentabilidade e a ciência ambiental formam a base da estrutura analítica e filosófica, enquanto os dados são coletados por meio de medidas de sustentabilidade. Esses dados são então usados para formular planos de políticas de desenvolvimento sustentável. Sustentabilidade é o desenvolvimento que atende às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras, garantindo o equilíbrio entre crescimento econômico, cuidado ambiental e bem-estar social.
A sustentabilidade é um processo que deve ser estabelecido em longo prazo, pois é fato que para haver um desenvolvimento sustentável é necessário trocar o atual modelo de desenvolvimento: o capitalista-industrial, uma vez que este desenvolvimento é preciso, mas também é necessária uma maneira de ter o desenvolvimento com sustentabilidade, ou seja, deve-se desenvolver, mas considerando o pleno desenvolvimento, dos seres humanos, dos animais, das plantas, de todo o planeta Terra (ROOS; BECKER, 2012).
[…] sustentabilidade ambiental é um atributo de uma entidade espaço- temporal em que se incorpora a relação Sociedade-Natureza. Implica na coexistência harmônica do homem com seu meio ambiente, mediante o equilíbrio de sistemas transformados e criados através da eliminação de detritos. Pressupõe-se a incorporação de conceitos temporais, tecnológicos e financeiros, refletindo um processo dinâmico e aleatório de transações de fluxos de EMI (Energia, Matéria e Informação) entre todos os componentes espaciais. A sustentabilidade econômica é a habilidade de um sistema ambiental de manter a produção através do tempo, na presença de repetidas restrições geoecológicas e pressões socioeconômicas. A sustentabilidade social é o manejo da organização social compatível com os valores culturais e éticos do grupo envolvido e da sociedade que aceita em suas comunidades e organizações, a continuidade de tal processo no tempo (RODRIGUEZ, 1997, pp. 56-57).
O desenvolvimento sustentável é um conceito que apareceu pela primeira vez em 1987 com a publicação do Relatório Brundtland, que alertava para as consequências ambientais negativas do desenvolvimento econômico e da globalização e procurava encontrar soluções possíveis para os problemas decorrentes da industrialização e do crescimento da economia e da população (SANTOS et al., 2016).
Sustentabilidade é um processo socioecológico em sociobiologia caracterizado por um comportamento em busca de um ideal comum. Um ideal é um estado ou processo inacessível em um determinado espaço-tempo, mas infinitamente “aproximado” e é essa abordagem contínua e infinita que insere a sustentabilidade no processo. Apenas os ideais servem como referentes em um ambiente turbulento e mutável.
É um termo relacionado à ação do homem vis-à-vis seu meio, refere-se ao equilíbrio existente em uma espécie dependendo de seu ambiente e todos os fatores ou recursos disponíveis para permitir o funcionamento de todas as suas partes, sem a necessidade de prejudicar a saúde ou sacrificar as capacidades de outro ambiente.
A definição consensual da ciência da sustentabilidade é tão complexa quanto a definição de “sustentabilidade” ou “desenvolvimento sustentável” (KOMIYAMA; TAKEUCHI, 2006). Em uma visão geral apresentada em seu site em 2008, o Programa de Ciência da Sustentabilidade da Universidade de Harvard descreveu o campo da seguinte maneira, enfatizando sua interdisciplinaridade:
A “ciência da sustentabilidade” é definida pelos problemas que aborda, e não pelas disciplinas que emprega. Assim, ela se baseia, conforme necessário, em múltiplas disciplinas das ciências naturais, sociais, médicas e de engenharia, das profissões e do conhecimento da prática.
Kieffer et al. (2003 p. 24) sugeriram, mais especificamente, que a ciência da sustentabilidade é:
[…] o cultivo, a integração e a aplicação do conhecimento sobre os sistemas da Terra, obtidos especialmente das ciências holísticas e históricas (como geologia, ecologia, climatologia, oceanografia) coordenadas com o conhecimento das inter-relações humanas obtidas das ciências sociais e humanas. avaliar, mitigar e minimizar as consequências, regionais e mundiais, dos impactos humanos nos sistemas planetários e nas sociedades em todo o mundo e no futuro – isto é, para que os humanos possam ser administradores da Terra bem-informados.
Foi notado que o novo paradigma deve abranger diferentes magnitudes de escalas (de tempo, espaço e função), múltiplos equilíbrios (dinâmica), múltiplos atores (interesses) e múltiplas falhas (falhas sistêmicas) (KIEFFER et al., 2003).
Outros têm uma visão muito mais ampla da ciência da sustentabilidade, enfatizando a necessidade de analisar as causas profundas da insustentabilidade fundamental do sistema econômico vigente, como a ênfase no crescimento como chave para resolver problemas políticos e sociais e promover o bem-estar da sociedade.
[…] a ciência da sustentabilidade deve incluir o estudo da sociologia do consumo material e da estrutura da sociedade consumista, o papel da tecnologia no agravamento das práticas sociais insustentáveis, bem como na solução dos problemas que elas criam, as teorias macroeconômicas que pressupõem o crescimento econômico como uma condição necessária para o progresso do bem-estar social e outras (BROWN, 2012 p. 23).
A ciência da sustentabilidade tem por objetivo contribuir para promover o avanço da compreensão básica da dinâmica de sistemas homem-ambiente; facilitar a concepção, implementação e avaliação das intervenções práticas que promovam a sustentabilidade em lugares e contextos particulares; e melhorar as ligações entre as comunidades de pesquisa e inovação relevantes e comunidades de gestão de políticas relevantes.
Embora atualmente o tema meio ambiente e, principalmente, a sustentabilidade estejam no foco das discussões e preocupações de governos, indústrias e da própria sociedade, seu processo de amadurecimento e aceitação levou tempo e exigiu grandes discussões da comunidade internacional. Após este período de discussão e amadurecimento, países, indústrias e a sociedade passaram a entender que meio ambiente e sustentabilidade deveriam fazer parte das suas ações para que o futuro das próximas gerações fosse garantido.
A gestão de resíduos sólidos engloba planejamento, implementação e monitoramento de práticas que objetivam evitar a exposição, assegurar a segurança dos usuários e profissionais envolvidos, prevenir que ocorram impactos ambientais e reduzir a produção de resíduos. Embora o manuseio dos resíduos sólidos seja comumente praticado pelas unidades de saúde, estudos em países em desenvolvimento apontam incoerências constantes, como manuseio ineficaz; falhas na segregação e manejo; ausência de treinamento e conscientização dos riscos, recursos humanos e econômicos insatisfatórios para a gestão certa; adoção de métodos incoerentes de tratamento; ausência de controle sobre o destino final dos resíduos e até mesmo erros ou falta de regulamentações específicas (CAFURE; PATRIARCHA-GRACIOLLI, 2015).
As novas tendências na gestão de resíduos sólidos urbanos, altamente influenciadas pela legislação comunitária, apontam para a máxima utilização dos produtos incorporados nos resíduos de papel, vidro, plástico etc. A coleta globalizada somente permite essa recuperação separando mecanicamente cada produto em usinas de reciclagem ou triagem, operações desnecessárias se os meios para separar essas frações forem estabelecidos. Por outro lado, essa mistura causa perdas de valor, pois o lixo limpo é contaminado com outras frações. A coleta seletiva de resíduos é a maneira sistemática de obter produtos separados, limpos e altamente valorizados (PENTEADO, 2011).
As principais linhas de coleta seletiva concentram-se em: reduzir a produção geral de resíduos; aproveitar e recuperar tudo o que for possível; gerenciar de maneira controlada a eliminação das frações restantes. Se os produtores de resíduos fossem capazes de coletar todos os seus componentes separadamente, as tarefas de coleta e descarte seriam mais lógicas e econômicas, proporcionando um potencial real para o uso real desses produtos com uma enorme valorização deles (CEMPRE, 2018).
2.2 Poluição Urbana
Desde a constituição da modernidade industrial, as cidades representam os principais centros econômicos, sociais e geográficos do mundo, aglomerando ao seu redor, uma grande parte dos investimentos e serviços financeiros. Além disso, de acordo com a Organização das Nações Unidas, desde 2007, o número de pessoas vivendo em espaços urbanos ultrapassou sobremaneira os moradores do meio rural, algo comum e já esperado em países desenvolvidos e em desenvolvimento, dentre os quais o Brasil encontra-se inserido (PINHEIRO, 2022). Entretanto, esse desenvolvimento urbano manifesta-se acompanhado por inúmeros problemas, incluindo os problemas de ordem ambiental. Não obstante, a poluição nos grandes centros urbanos tornou-se um grande problema que por sinal é bastante evidente a serem enfrentados nas esferas da qualidade de vida das cidades e na preservação do meio natural. Assim, entende-se que a emissão de poluentes tóxicos na atmosfera, e a poluição de lixo sólido, além de causar a degradação dos recursos naturais, florestais e hídricos, constitui-se como um dos principais desafios a serem superados pela sociedade atual (DE MATOS, 2020).
A poluição das águas, especialmente dos cursos fluviais, acontece de diversas formas distintas, uma delas consiste na poluição excessiva associada a má distribuição do lixo no espaço físico da própria cidade, que integra necessariamente uma bacia hidrográfica especifica. Assim sendo, em tempos chuvosos, todo resíduo acumulado nas ruas e calçadas acaba sendo escoado em direção ao curso de algum rio, que se torna poluído e consequentemente inutilizável (DEMATOS, 2020). Associado a este aspecto, encontra-se a falta de estrutura ou planejamento incorreto do destino dado aos resíduos sólidos, o que também acaba por intensificar o problema da poluição hídrica e em muitas ocasiões no entupimento das galerias pluviais. Além disso, as redes de esgoto, em diversas ocasiões não contam com estações de destinos e tratamento adequando de água, depositando todo o material em grandes rios ou até mesmo em mares, nos casos de cidades litorâneas. Tal aspecto além de comprometer a disponibilidade da água potável, prejudica a preservação da fauna e flora local (GONÇALVES, 2018).
Neste contexto, destaca-se ainda o descarte direto de lixo de forma irregular no leito dos cursos d’água, o que perpassa por uma má consciência individual e coletiva da população e por uma política frágil de fiscalização e preservação dos recursos naturais em muitos municípios. Os custos atrelados a despoluição completa dos rios tornam-se impraticáveis para a maior parte das Administrações Públicas, o que acaba tornando o problema ainda mais grave no espaço geográfico urbano (TORRES, 2020). A poluição dos rios pode ser física, química ou biológica. A poluição química caracteriza-se especialmente pela presença de dois tipos de poluentes: biodegradáveis, ou seja, produtos químicos que são decompostos pela ação de microrganismos como detergentes e inseticidas persistentes, que persistem no meio ambiente e nos organismos vivos, a exemplo pode ser citado o mercúrio. A poluição física altera significativamente as características físicas da água, a principal delas consiste na poluição causada por sólidos. Por sua vez a poluição biológica consiste na contaminação físicas da água, causadas por partículas microrganismos patogênicos (vírus, fungo, bactérias) (DE MATOS, 2020). Outra fonte poluidora é o depósito de lixo nos rios. Esse lixo é formado por resíduos sólidos, principalmente residenciais e industriais. O lixo vai se acumulando, provoca o assoreamento dos rios e pode chegar ao ponto de não permitir o fluxo da água para locais onde o rio é canalizado, provocando enchentes quando ocorrem chuvas intensas.
2.3 Poluição de Galeria Pluvial
Embora essas não sejam visíveis nos grandes centros, as galerias de águas pluviais assim como as redes de esgoto, desempenham um papel imprescindível na manutenção da infraestrutura urbana, e por contarem com estruturas distintas, possuem particularidades especificas o que demonstra a necessidade de cuidas específicos para com cada uma delas. Explicando um pouco do que vem a ser uma galeria pluvial, pode-se dizer que ela consiste em um conjunto de tubulações que possuem como objetivo captar, transportar e drenar a água da chuva, das áreas urbanas até rios, córregos ou canais, de modo que ela não fique acumulada dos grandes centros. A sua instalação e manutenção é de cada município em específico (GONÇALVES, 2018).
De um modo geral, pode-se dizer que a utilização indevida dessas redes pode trazer inúmeros problemas para a população urbana, especialmente em períodos mais chuvosos, em que, comumente ocorrem alagamentos em decorrência da falta de manutenção ou ainda à incapacidade das galerias pluviais de darem vazão a água. Tal aspecto ainda está intimamente relacionado com as questões inerentes a poluição urbana, ao excesso de lixo produzido nos grandes centros ou ainda a sua destinação final (TORRES, 2020). A ocupação urbana, a modernização das vias e a utilização de materiais impermeáveis, como o asfalto e concreto, o solo, muitas vezes, não consegue absorver toda a chuva. Dessa forma, o escoamento por galerias pluviais é importante para conduzir a água de modo adequado e, assim, evitar alagamentos e enchentes.
2.4 Alagamentos
No Brasil, cerca de 8 milhões de pessoas convivem com riscos elevados de deslizamento ou enchentes (alagamentos), tal risco não deve ser minimizado, visto que, em 20 anos, aproximadamente 2500 pessoas perderam a vida devido a enchentes. Tal problema pode ser causado por diversos fatores. O fator natural é aquele em que há um grande volume de chuva nos rios perenes, como há diversas construções e casas próximas ao leito do maior rio assim como em regiões mais baixas das cidades, eles podem ser impactados pelas enchentes. Porém a maior causa está intimamente relacionada com os aspectos antrópicos. Com ele, a gravidade e os impactos dos alagamentos e das enchentes são bastante agravados (TORRES, 2020). Como dito anteriormente, um dos principais motivos relacionados aos alagamentos nas grandes áreas urbanas está relacionado diretamente com o descarte incorreto do lixo, que por sua vez, obstrui as galerias pluviais que não terão vazão suficiente para toda a água da chuva e resultará consequentemente no alagamento dos grandes centros (GONÇALVES, 2018).
Pode-se dizer ainda que quando a escassez ou ausência total de saneamento, a água da chuva encontrará uma dificuldade ainda maior para ser escoada. Com uma rede de drenagem pluvial, o problema é reduzido. Para cada local específico, é imprescindível pensar em formas eficientes e mais seguras para que a drenagem seja adequadamente realizada. Para tanto e essencial conhecer quais são as áreas mais problemáticas para pensar em soluções capazes de minimizar os problemas causados pela falta de drenagem local (DE MATOS, 2020). Assim sendo, pode-se dizer que para que os alagamentos sejam reduzidos, e preciso que haja uma maior conscientização por parte da população para com os lixos jogados nas ruas, visto que, o sistema de drenagem e captação da água pluvial começa nas ruas, assim deve-se cuidar especialmente com as bocas de lobo, que são a porta de entrada para os sistemas de drenagem.
2.5 Resíduos Sólidos Urbanos no Brasil
No ano de 2021 a produção de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos) do Brasil foi estimada em 82.559.776 toneladas como podemos ver na tabela a seguir a distribuição deste volume por região.
Tabela 1 – Volume anual de RSU produzido por região no Brasil
| Região | Tonelada/Ano | Percentual |
| Norte | 6.103.320 | 7,4% |
| Centro-Oeste | 6.185.797 | 7,5% |
| Nordeste | 20.371.893 | 24,7% |
| Sudeste | 40.991.218 | 49,7% |
| Sul | 8.907.548 | 10,8% |
Dentre o volume de RSU gerado anualmente, foram coletados aproximados 76.079.836 toneladas, podemos observar o volume coletado por região na tabela abaixo.
Tabela 2 – Volume anual de RSU coletados por região no Brasil
| Região | Tonelada/Ano | Percentual |
| Norte | 4.982.490 | 81,6% |
| Centro-Oeste | 5.780.820 | 93,5% |
| Nordeste | 16.575.614 | 81,4% |
| Sudeste | 40.249.087 | 98,2% |
| Sul | 8.491.375 | 95,3% |
Dentre o volume de RSU gerado anualmente, apresentamos um déficit de aproximadamente 6.480.390 toneladas em função da relação RSU Produzido menos RSU Coletado. Abaixo tabela observamos valores de RSU coletados por região no Brasil.
Tabela 3 – Déficit de coleta de RSU por região no Brasil
| Região | Tonelada/Ano | Percentual |
| Norte | 1.120.830 | 18,4% |
| Centro-Oeste | 404.977 | 6,5% |
| Nordeste | 3.796.297 | 18,6% |
| Sudeste | 742.131 | 1,8% |
| Sul | 416.137 | 4,7% |
2.6 Desenvolvimento Sustentável na Engenharia Mecânica
Desenvolvimento sustentável em sua essência é a inovação que não comprometa gerações futuras, está fortemente atrelada a criação de novas tecnologias que sejam “verdes”. Podemos citar por exemplo a poluição atmosférica nas regiões urbanas que aumentou significativamente nos últimos anos, isso ocorreu devido à crescente atividade industrial e ao aumento do número de veículos motorizados. Diante disso, a qualidade do ar urbano tem causado inúmeros problemas às condições de vida das pessoas, assim como da fauna e da flora que vivem nas cidades e seus arredores (PINHEIRO, 2022). Uma elevada concentração de poluentes oriundos das atividades industriais e dos processos de descarga da combustão de veículos automotores, partículas solidas em suspensão, gotículas de óleo expelidas pelos motores, elevadas concentrações de monóxido de carbono (CO), de dióxido de carbono (CO 2 ) e de outros compostos como flúor e Cloro, encontram-se dentre as causas associadas a baixa qualidade do ar (TORRES, 2020). Com este cenário, indústrias automotivas estão voltando seus esforços para o avanço de novas tecnologias e visões de longo prazo para o desenvolvimento e transição de tecnologias para carros 100% elétricos ou híbridos. Este conceito não é somente voltado a indústria automotiva, mas também para diversas aplicações seja ela para a área de manufatura ou não. O desenvolvimento de tecnologias sustentáveis para a prevenção da poluição urbana tem se tornado cada vez mais necessárias,
2.7 Manutenção Preventiva
O processo de manutenção preventiva atua de forma programada e estratégica na manutenção industrial contra quebras e mal funcionamentos inesperados de máquinas e equipamentos em geral, além de diversas aplicações, podemos citar por exemplo a instalação do sistema de retenção de resíduos sólidos em um ponto pré-determinado que de forma inesperada apresenta obstrução da vazão d’água, haverá então os custos relativos aos danos gerados em função de inundações bem como o tempo de processamento de causa raiz até a sua resolução final. A manutenção preventiva atua permitindo uma janela de parada para manutenções pré-determinadas proporcionando segurança e controle do tempo de serviço e também dos custos gerados no decorrer das ações. (ALMEIDA, 2014).
2.8 Sistemas de Retenção de RSU no Mundo
Em Barcelona, uma empresa de engenharia chamada Tecno Coverting Engineering, criou um sistema de redes para conter os resíduos sólidos consistentes nos rios. Foram realizados alguns estudos antes do desenvolvimento do projeto, o sistema chamado de Tecno-Grabber é feito por malha de plástico resistente que é integrada no final dos coletores dos rios, filtrando todas as impurezas sólidas que transitam nas tubulações. No teste piloto foram coletados no montante de um ano mais de 2,7 toneladas de resíduos sólidos filtrados e sua capacidade é de mais de 100 kg por rede, conseguindo chegar num comprimento de até 2 metros. Sua tecnologia de monitoramento é realizada por câmeras que fazem o monitoramento instantâneo de cada instalação, através de bateria solar que mantém o sistema de câmeras ligado e mantém todo o sistema interno da empresa informado através do SD nas câmeras. (TECNOCONVERTING ENGINEERING, 2022)
Figura 2 – Sistema de redes Tecno-Grabber
Figura 3 – Sistema de redes Tecno-Grabber em utilização
Com o intuito de minimizar os impactos gerados em função do alto nível de resíduos sólidos urbanos produzidos e encontrados em rios, costa e praias turísticas, a cidade Australiana de Kwinana, uma pequena cidade na Austrália Ocidental que esta a aproximadamente 3.963 km de distância de Sydney capital do país, em parceria com a companhia Urban Assets Solutions, desenvolveu um dispositivo de simples utilização, tendo como base a filtragem de saídas de galerias urbanas com desagues em rios utilizando redes, permitindo a passagem do fluxo de água e retendo resíduos, sua eficiência segundo o site da prefeitura da cidade, com seus primeiros testes entre o período de maio de 2018 e junho de 2019 foram realizadas 11 inspeções totalizando a coleta de aproximadamente 1.700kg nos 02 diferentes pontos instalados, após a coleta, o material pode ser direcionado para correta destinação e reciclagem. Para aplicação do sistema a iniciativa teve um custo inicial de $20.000,00 com a instalação dos sistemas em 02 diferentes localidades, ou seja, aproximadamente $10.000,00 por cada sistema instalado, a inspeção e manutenção é realizada por 02 colaboradores que realizam a retirada dos resíduos, o processo pode levar em torno de 04 horas. (CITY OF KWINANA, 2019).
Figura 4 – Dispositivo utilizado na cidade de Kwinana – Australia
2.9 Galeria de Desague Urbano da Cidade de Atibaia
Local utilizado para exemplificação de sistema em galeria de desague de águas urbanas na cidade de Atibaia, coordenadas geográficas -23.129619687550587, -46.5556976582706, endereço Rua Do Lago, 157 – Vila Santista, Atibaia – SP, 12941-238, Rio Ribeirão Itapetininga.
Figura 5 – Ponto de desague de galerias de águas urbana na cidade de Atibaia
Figura 6 – Acúmulo de Resíduos Sólidos Urbanos sobre o Rio Ribeirão Itapetininga
Figura 7 – Galeria de desague de águas urbanas
Figura 8 – Extensão do curso do Rio Ribeirão Itapetininga
2.10 Mecânica de Fluidos
A mecânica é a ciência física mais antiga que lida com corpos estacionários e em movimento sob a influência de forças. O ramo da mecânica que trata dos corpos em repouso chama-se estática, enquanto o ramo que trata dos corpos em movimento chama-se dinâmica. A subcategoria mecânica dos fluidos é definida como a ciência que trata do comportamento dos fluidos em repouso (estática dos fluidos) ou em movimento (dinâmica dos fluidos) e a interação dos fluidos com sólidos ou outros fluidos nas fronteiras. A mecânica dos fluidos também é conhecida como dinâmica dos fluidos, considerando os fluidos em repouso como um caso especial de movimento com velocidade zero. A própria mecânica dos fluidos também é dividida em várias categorias.
O estudo do movimento de fluidos que são praticamente incompressíveis (como líquidos, especialmente água e gases em baixas velocidades) é geralmente referido como hidrodinâmica. Uma subcategoria da hidrodinâmica é a hidráulica, que lida com fluxos de líquidos em tubulações e canais abertos. A dinâmica dos gases lida com o fluxo de fluidos que sofrem mudanças significativas de densidade, como o fluxo de gases através de bocais em altas velocidades. A categoria aerodinâmica trata do fluxo de gases (especialmente ar) sobre corpos como aeronaves, foguetes e automóveis em alta ou baixa velocidade. Algumas outras categorias especializadas, como meteorologia, oceanografia e hidrologia, lidam com fluxos naturais.
A mecânica dos fluidos é amplamente utilizada tanto nas atividades cotidianas quanto no projeto de sistemas de engenharia modernos, desde aspiradores de pó até aeronaves supersônicas. Portanto, é importante desenvolver uma boa compreensão dos princípios básicos da mecânica dos fluidos. Para começar, a mecânica dos fluidos desempenha um papel vital no corpo humano. O coração está constantemente bombeando sangue para todas as partes do corpo humano através das artérias e veias, e os pulmões são os locais de fluxo de ar em direções alternadas. Desnecessário dizer que todos os corações artificiais, aparelhos respiratórios e sistemas de diálise são projetados usando a dinâmica dos fluidos.
Uma casa comum é, em alguns aspectos, uma sala de exposições repleta de aplicações da mecânica dos fluidos. Os sistemas de tubulação para água fria, gás natural e esgoto para uma casa individual e toda a cidade são projetados principalmente com base na mecânica dos fluidos. Ele se aplica à rede de tubagens e condutas dos sistemas de aquecimento e ar-condicionado. Um refrigerador envolve tubos através dos quais o refrigerante flui, um compressor que pressuriza o refrigerante e dois trocadores de calor onde o refrigerante absorve e rejeita o calor. A mecânica dos fluidos desempenha um papel importante no projeto de todos esses componentes.
Mesmo a operação de torneiras comuns é baseada na mecânica dos fluidos. Também podemos ver inúmeras aplicações da mecânica dos fluidos em um automóvel. Todos os componentes associados ao transporte do combustível do tanque de combustível para os cilindros – a linha de combustível, bomba de combustível, injetores de combustível ou carburadores – bem como a mistura do combustível e o ar nos cilindros e a purga dos gases de combustão em tubos de escape são analisados usando a mecânica dos fluidos. A mecânica dos fluidos também é utilizada no projeto do sistema de aquecimento e ar-condicionado, dos freios hidráulicos, da direção hidráulica, da transmissão automática e dos sistemas de lubrificação, do sistema de arrefecimento do bloco do motor, incluindo o radiador e a bomba d’água, e até mesmo dos pneus. A forma elegante e aerodinâmica dos modelos de carros recentes é o resultado de esforços para minimizar o arraste usando uma extensa análise do fluxo sobre as superfícies.
Em uma escala mais ampla, a mecânica dos fluidos desempenha um papel importante no projeto e análise de aeronaves, barcos, submarinos, foguetes, motores a jato, turbinas eólicas, dispositivos biomédicos, resfriamento de componentes eletrônicos e transporte de água, petróleo bruto e gás natural. Também é considerado no projeto de edifícios, pontes e até outdoors para garantir que as estruturas possam suportar cargas de vento. Numerosos fenômenos naturais, como o ciclo das chuvas, os padrões climáticos, a elevação das águas subterrâneas até o topo das árvores, ventos, ondas do mar e correntes em grandes massas de água também são regidos pelos princípios da mecânica dos fluidos.
2.11 Força de Arraste
Força de arrasto ocorre apenas nos meios fluidos, podendo ser gasosos ou líquidos, são caracterizados como substâncias que quando submetidas a esforços tangenciais e à uma movimentação constante, incapazes de repousar, as moléculas se chocam constantemente causando atrito, não possibilitando o equilíbrio estático, suportando uma tensão. Existem dois tipos de fluidos, caracterizados pela sua deformação: linear (newtonianos) e não-linear (não-newtonianos). Entre líquidos e gases temos uma diferenciação de estado, os líquidos formam uma superfície livre por conta da gravidade onde são geradas tensões internas nas moléculas, com atração e repulsão. Com isso, quando em repouso não dependendo do seu recipiente, o fluido fica com uma superfície estacionária, no entanto os gases são diferentes, quando não confinado suas moléculas tendem a se expandir no ambiente não formando uma superfície. (Abramchuk, 2014).
Equação de arrasto é uma unidade definida por algumas variáveis, como a densidade do fluido, o próprio coeficiente de arrasto, a área projetada na direção perpendicular do escoamento, e a velocidade entre o fluido e o corpo em questão. Quando um fluido escoa como por exemplo por uma galeria hídrica exerce forças tangenciais de cisalhamento na superfície devido a viscosidade e rugosidade do conduto, esta região onde o fluido se ajusta a velocidade zero da parede e denominada camada limite. (Shiffman, 2012)
FD = CD.A.ρ.V2/2 (1)
FD = Força de arrasto
CD = Coeficiente de arrasto
A = Área projetada na direção perpendicular ao escoamento
ρ = Massa especifica do fluido
V = Velocidade entre o fluido e o corpo em questão
A camada limite é considerada uma região adjacente a superfície sólida, onde a viscosidade atua com grande importância, na região onde a distância com o corpo sólido é maior, escoamento potencial a viscosidade não é considerada, a espessura da camada limite é variável de acordo com o objeto em meio ao fluido e o tipo de escoamento em questão.(Abramchuk, 2014)
No decorrer do escoamento, temos três tipos de regime no fluido, linear, transição e turbulento, onde o linear é entendido como laminas de fluido umas sobre as outras, onde a velocidade da lamina de fluido em contato com a superfície é considerada nula, e as laminas vão retardando as velocidade em suas fronteiras mantendo assim a velocidade do escoamento constante, no regime turbulento o fluido age de forma aleatória não tendo normalmente após contado com sólido ou aumento repentino da vasão, e o regime de transição como o próprio nome a diz, é onde encontramos os dois fenômenos, é a transição da regime linear para o turbulento como na figura. Essa distinção de regimes pode ser caracterizada por, um parâmetro adimensional que relaciona foçãs de inércia e viscosidade, conhecido como número de Reynolds. (Abramchuk, 2014)
Figura 9 – Representação de camada limite
2.12 Rede
As primeiras informações sobre a criação e conceito de rede datam da pré-história, aproximadamente 8.000 a.c. Sua descoberta permitiu que as comunidades da época, expandissem e aprimorassem seus processos de pesca, com o intuito de utilizá-la em rios, e capturar o maior volume e variedades de peixes, a rede se mostrou vantajosa em comparação a modalidades convencionais da época, promovendo alimento com baixo risco em comparação a caça terrestre de outros animais (MEDEIROS, 2012). Com o desenvolvimento da humanidade, a aplicação de redes foi expandida e aprimorada para os mais diversos tipos de aplicações, artesanais e industriais, bem como Pesca de Arraste, Indústrias de tecelagem, Barreiras de Segurança entre outras (CHAGAS et al., 2007).
O principal componente utilizado na confecção de redes, é o Nylon, com transas de linhas de nylon, é formado cordas do material, que posteriormente é tecido no formato retangular vazado, para a obtenção das dimensões desejadas para a rede (MEDEIROS, 2012). O uso da rede também tem sido aplicado em causas ambientais. Com o grande avanço e crescimento da população mundial, a produção de lixo que tem atingido o meio ambiente está alcançando patamares altamente prejudiciais ao planeta. Sendo assim, no intuito de reduzir este conflito, organizações publicas e privadas ao redor do globo, tem se movimentado para o desenvolvimento de soluções. Com este cenário, a rede vem sendo utilizada para a retenção e coleta destes resíduos sólidos poluentes que tem atingido o meio ambiente. Sua aplicação em boa parte é feita em sistemas de rios ou oceanos, retendo e coletando resíduos para a destinação correta (CHAGAS et al., 2007).
Figura 10 – Rede
2.13 Relê
Os relês eletromecânicos, são dispositivos usados basicamente como um interruptor inteligente. O trabalho todo é realizado quando a bobina recebe corrente elétrica, e inicia um campo magnético, e então com o campo magnético criado, os contatos dos relês se movimentam, até que o contato móvel se encoste no contato fixo, ligando o sistema proposto. Ou também pode se aplicar na finalidade contrária, fazendo que os contatos iniciem o processo encostados, e após receberem corrente e criar o campo magnéticos, o contato móvel se separa do fixo e desliga o sistema. O relê foi criado em 1837 por 3 inventores que foram aprimorando o sistema ao longo dos testes. Ele veio com a finalidade de auxiliar os sistemas de comunicação, e por muitos anos foi predominante nos telefones, e só apenas em 1937 que começou a ser usado por outros tipos de sistemas, como o computador, calculadoras etc. (BRAGA, 2017)
Figura 11 – Relê
2.14 Sensor
Sensores são dispositivos que recebem algum tipo de informação por forma de energia cinética, térmica ou luminosa, com o objetivo de fornecer algum tipo de informação, como por exemplo pressão, velocidade ou até mesmo deslocamento. O sensor recebe a informação por forma de energia e compartilha através de um circuito de interface para a emissão da informação requerida através de um microcomputador. Existem dois tipos de sensores, os analógicos e os digitais. A grande diferença é que os sensores digitais emitem apenas dois tipos de resposta, 0 ou 1, informando se está ligado ou desligado. Já nos sensores analógicos, existe a possibilidade de resposta com certa variabilidade de informação e podendo assumir grandezas físicas, como por exemplo pressão e velocidade. Consiste na percepção precisa do movimento de um corpo, onde será medido através de um sensor, utilizados para monitorar o deslocamento de um corpo ou dispositivo, onde são utilizados em vários casos, como por exemplo em medições industriais, hospitalares e outras. Existem vários tipos de sensores comercializados, mas cada um com sua determinada função, vantagens e desvantagens. (HOMAZINI, 2005)
Figura 12 – Sensor
2.15 Protoboard
A placa de ensaio, que também é conhecida como Protoboard, consiste em uma placa de plástico com furos revestidos de liga metálica, onde esses furos são encaixados cada fio de contato e ligados por componentes metálicos para conduzir a eletricidade, que fazem a condução por todo o circuito sem a necessidade de solda ou fixação permanente de fios. A grande vantagem das placas de ensaios, são justamente fazer conexões elétricas, de forma muito prática, sem ter que utilizar ferro de solda para finalizar as conexões, um grande avanço desenvolvido pela engenharia com essa solução. (PADILHA, SUEMITSU, ROLIM, SOTELDO, 2009)
Figura 13 – Protoboard
2.16 Arduino
O Arduino é uma plataforma de microcomputador para se criar protótipos em eletrônica e robótica, de uma forma muito acessível e que possa ser manuseado sem dificuldades. Criado em 2005, com o objetivo de testar falhas de projetos em desenvolvimento durante toda fase de criação, ele pode ser ligado a um computador (dependendo do modelo de Arduino, caso vier com USB) ou rede para receber e enviar informações. O Arduino vai funcionar na medida que for conectado com uma base eletrônica ou de robótica, e através do software instalado e programado, seja em um computador ou em outro dispositivo, irá controlar todo o circuito e fazer o compartilhamento de dados com a rede. (MCROBERTS, 2011)
Figura 14 – Arduíno
2.17 Técnologia GSM
Uma das tecnologias mais utilizadas no mundo em telecomunicação, por mais de 1 bilhão de pessoas, o GSM é utilizado para a comunicação com os dispositivos móveis, os celulares. Ele consiste na combinação de duas tecnologias chamadas TDMA e FDMA, dividindo as frequências disponíveis para as transmissões de rede e do terminal. O padrão de telefonia celular GSM (Global System for Mobile Communications), que traduzido para o português significa Sistema Global para Comunicações Móveis, foi oficialmente lançado no mercado por volta de 1991, na Europa, mas os primeiros estudos da grande tecnologia iniciou na década de 80, com o intuito de atender apenas a Europa e foi ganhando força globalmente após seu lançamento oficial, já no Brasil chegou por volta de 2002, onde conhecemos como as tecnologias 2,5G e 3G, que significa GSM phase 1 e GSM phase 2, e atualmente já se apresenta no mercado com tecnologias 4.5G. (ALENCAR, 2004)
2.18 SMS
O SMS (Short Message Service) que traduzido para o português significa Serviço de Mensagem Curta, começou a ser utilizado na década de 90, onde era a única fonte de trocar mensagens entre os celulares, ou melhor dizendo, aparelhos móveis. O SMS não precisa de internet para fazer envio e recebimento, é um serviço relativamente barato, mas tem um limite de 160 caracteres por envio. O serviço de SMS tem diversas outras funcionalidades além de mandar mensagens apenas, como consultar saldo no plano celular, informações sobre clima, bolsa de valores e alguns outros. Diminuiu muito sua utilização com a chegada do WhatsApp, pois com o avanço dessa nova plataforma, o serviço de troca de mensagens ficou muito sofisticado e sem algumas limitações. (MINT, 2013)
2.19 Dispositivo Móvel
Os telefones celulares foram criados na década de 70, os chamados DynaTAC, que eram fabricados pela Motorola, que é conhecida até hoje pelos belos modelos de celulares. A ideia de se criar um celular, era para comunicação entre residências que ficavam alocadas distantes uma da outra. Os primeiros celulares claramente não eram dos melhores, pois era pesado, com cerca de meio quilo, tinha em média de 30 centímetros de comprimento e a bateria não passava de meia hora. Mas foi ganhando grande força no mercado no início da década de 90, onde começou a ser divulgado pela mídia e o mercado consumidor adquiriram apenas para receber e efetuar chamadas. Hoje os celulares são utilizados para qualquer meio, desde comunicação, pesquisas, meios de diversão com jogos, vídeos, plataformas de streaming, e várias outras modalidades. Por fim, podemos dizer, que nos dias de hoje, fazemos de tudo com os dispositivos móveis, uma grande evolução desde sua chegada, e com a união do GSM e o SMS, conseguimos nos comunicar por meio desses dispositivos desde seu lançamento, e durante todos esses anos, viemos de várias atualizações melhorando altamente sua performance. (DUTRA, 2016)
3 Materiais e Métodos
3.1 Materiais
Tabela 4 – Materiais
| Materiais | Quantidade |
| Rede | 1 |
| Parafuso gancho zincado 10 mm | 16 |
| Bucha 10mm | 16 |
| Fios Jumper | 20 |
| Relê 5V | 1 |
| Tomada 110 ou 220V | 1 |
| Protoboard 400 Furos | 1 |
| Shield GSM Sim 800L | 1 |
| Chip SIM | 1 |
| Sensor de Desloc. AW210 | 1 |
| Arduino uno R3 | 1 |
| Celular | 1 |
Fonte: Autor (2022)
3.1.2 RedeA rede será o material principal para filtrar as impurezas que estão fluindo nas tubulações, para que no momento de deságue no rio, as impurezas parem na rede, e somente a água siga o trajeto no rio. O material da rede será de Nylon, material fácil de trabalhar e com baixo custo, e com isso, cada rede terá uma capacidade de 100Kg.
3.1.3 Sensor
O grande diferencial de nosso projeto para os demais já instalados é justamente o sensor. Pois nos projetos já existentes, o sistema supervisório é feito através de câmeras instaladas em cada rede, então, com o intuito de baratear o sistema, usaremos a força de arraste para impactar em um sensor de deslocamento AW210. Com isso estaremos sempre atualizados sobre cada instalação momentaneamente, e com esse modelo AW210, deixará o sistema mais robusto, suportando maiores esforços de deslocamento e força.
3.1.4 Força de ArrasteA força de arraste será essencial para a detecção do sensor de deslocamento, trabalhando juntos, eles farão o monitoramento da rede, de modo que, cada vez que a rede encher mais de lixo, irá gerar uma força no sensor, puxando cada vez mais sua extremidade, e gerando uma força, onde fará que o sensor faça seu trabalho de detecção.
3.1.5 ArduinoO sistema de programação será feito através do Arduino modelo UNO R3, onde teremos seguramente uma placa já programada pela nossa equipe, para mandar a informação sobre o sensor. Utilizaremos o Arduino, pois é uma ferramenta muito utilizada na era da tecnologia, muito prática e muito bem vista em simples instalações, onde não teremos dificuldade para programá-la.
3.1.6 ProtoboardA protoboard terá a simples função de conduzir toda a eletricidade do sistema, entre o Arduino e o sensor, tirando qualquer dificuldade com solda ou junção de fios para ligação, deixando mais prático e seguro o projeto.
3.1.7 Relê Um relê de 5V será o suficiente para ligar e desligar todo sistema. Com a ajuda da programação do Arduino que dará “as ordens” para o relê, ele estará ligado diretamente com o Arduino, a placa protoboard e por fim uma fonte de energia 220V ou 110V, que fornecerá energia para toda nossa instalação, como uma simples tomada.
3.1.8 Tecnologia GSMA tecnologia GSM será instalada diretamente no Arduino para imediatamente comunicar através de SMS nossa equipe sobre a atual situação das instalações.
3.1.9 Dispositivo MóvelO dispositivo móvel será o último equipamento do processo, onde receberá as informações compartilhadas via SMS, sobre o status de cada instalação, e com isso nossa central encaminhar o próximo passo com a equipe externa.
3.2 Métodos
3.2.1 Metodologia
Com base nos materiais citados acima fizemos um grande circuito efetivo e mais viável conforme nosso objetivo, conseguimos eliminar alguns custos e manter igualmente efetivo o projeto. Utilizando a força de arraste para medição do sensor, conseguimos eliminar as câmeras de monitoramento dos projetos reais que fomos nos baseando durante as pesquisas, onde reduziremos muito o preço do projeto. A tecnologia GSM também é um grande diferencial para comunicação e tecnologia, onde teremos praticidade para processar as informações internamente, em um tempo relativamente baixo. Importante deixar claro que trabalharemos sempre com uma margem de 15% a 20% para suportar erros e demora da chegada da equipe para a troca da rede, e com isso jamais prejudicar a vazão das tubulações, assim sempre faremos a manutenção das redes com uma certa folga para não implicar o sistema.
Faremos um sistema para conter os resíduos sólidos consistentes nos rios ainda não existente aqui no Brasil, mas já tem em alguns países a fora, como por exemplo na Austrália. Tecnicamente o projeto é bem parecido, com redes no final das tubulações dos rios, para filtrar as impurezas sólidas, e quando estiver comprometida a rede, o lixo será reciclado e parte dele que não puder ser reciclado, será destinado para seu devido local de descarte, sem contribuir para poluição nos rios. O grande desenvolvimento do projeto que muda de todos os sistemas já instalados em todo o mundo, é a tecnologia de comunicação, que deixará ainda mais barato e entregará o mesmo resultado. O projeto consiste em desenvolver um dispositivo para alertar a nossa equipe de manutenção, esse alerta servirá para mandar um técnico até o determinado local para fazer a troca da rede. Teremos um sensor de deslocamento AWP210 que estará alocado entre a rede de retenção de RSU e a parede sólida externa da tubulação, fixado por parafusos gancho de zinco, permitindo o correto funcionamento do sistema, e conforme a rede for se preenchendo de lixo, através da força de arraste, terá o deslocamento do sensor e consequentemente saberemos momentaneamente o status da instalação.
A comunicação será inicialmente feita entre o Arduino e a tecnologia GSM, que terá a função de receber a informação do sensor e posteriormente compartilhar a informação por SMS com a nossa equipe de manutenção, que terá o trabalho de realizar a troca ou a manutenção da rede. Todo esse sistema de programação e sensores será alimentado eletricamente através de tomadas 220 ou 110v instaladas nas operações, e teremos um relê intermediando as tomadas e o contato com a Protoboard que fará a distribuição de contato com o Arduíno e o sensor. Cada instalação terá um chip SIM diferente instalado, no intuito de ter uma identificação diferente, e isso servirá para termos um controle através de software para verificar em qual localidade está mandando sinal e a partir disso, verificar se choveu na região. Caso não tiver chuvas no local, quer dizer que o sistema precisa ser trocado, pois já está ficando sobrecarregado e logo estará entupido de resíduos sólidos. Caso estiver chovendo, ficaremos em alerta para tal região, trabalhando com a possibilidade de a chuva estar muito forte e sobrecarregando o sistema apenas com o fluxo de água. Essa hipótese será confirmada assim que a chuva parar e se a força de arraste continuar realizando trabalho no sensor, teremos a confirmação de que a rede está preenchida de lixo e precisa ser trocada.
Nosso projeto terá níveis, de modo que teremos um controle de todas as instalações, o quanto está forçando o sensor. Nosso sensor será configurado para entender a cada 4 fases de mudança no deslocamento do AWP210. Enquanto não ter deslocamento no sensor (0%), quando tiver o primeiro contato (20%), quando tiver o segundo contato deixando nossa equipe com certa atenção para eventuais mudanças (40%), os (60%) para informar o técnico e realizar a troca e por fim os (80%) para nível de prioridade máxima para atendimento. É um processo que existe até certo ponto, pois hoje em dia já temos as redes de contenção para evitar poluição dos rios, mas irá acelerar consideravelmente o processo de troca e certamente a comunicação. Com a comunicação momentânea para o envio de um técnico para troca de rede, iremos minimizar bastante entupimento das tubulações e irá liberar com certeza o fluxo de passagem de água para os rios. E outro fato importante que deve ser levado em consideração é a diminuição de custos com tecnologias de câmeras para monitoramento pelo sensor de deslocamento AWP210.
3.3 Ponto de exemplificação
Local onde é possível identificar como potencial ponto de intervenção para a instalação de sistemas de retenção de RSU, localizado em região urbana com deságue no Rio Ribeirão de Itapetininga.
Figura 15 – Dimensões da estrutura de galeria
4 Resultados e Discussão
4.1 Desafio para desenvolvimento de tecnologias na área da engenharia mecânica para aplicações ambientais
Nosso projeto tomou como objetivo concretizar este desafio, onde conseguimos com ajuda da tecnologia aprimorar sistemas de retenção de RSU, automatizando o processo logístico de manutenção preventiva para limpeza das redes, tornando esse processo viável, para que seja instalado e monitorado de forma automatizada em qualquer ambiente
– Necessidade de limpeza
Com o uso das faculdades relativas a teoria da força de arrasto, e o sensor de célula de carga, foi possível relacionar o volume de resíduos sólidos retidos na rede, com a necessidade de manutenção.
– Comunicação remota sem imagem
Conseguimos com uso da tecnologia GSM tornar a comunicação remota mais simples, barata e eficaz dispensando o uso de câmeras, conexão via cabo ou internet, bem como não havendo a necessidade de monitoramento humano seja por visitas ao local ou remotamente.,
– Facilidade logística
Tornando viável também facilidade de ajustes logísticos, viabilizando cronogramas de rotas, assim proporcionando economia operacional.
4.2 Comparação de tecnologias já existentes
Conforme exemplo dado sobre o caso do sistema desenvolvido na Austrália e Barcelona, onde ambos os conceitos apresentam a mesma ideia de retenção de RSU utilizando redes flexíveis, porém com alto custo de implantação e não viabilidade logística relacionada a inspeção, onde em Barcelona é necessário o uso de câmeras, e na Austrália são realizadas inspeções preventivas, pré-programadas. Como mencionado nos nossos principais desafios, conseguimos promover soluções mais eficazes, no sentido de monitoramento, e no sentido de custo tanto de instalação, quanto a longo prazo, em vista que nossa tecnologia funciona de forma automática e inteligente.
4.3 Benefícios contra problemas ambientais
Olhando o quesito de sustentabilidade no Brasil atualmente, enfrentamos diversos problemas relacionados ao descarte incorreto de RSU como já mencionado, esse problema vem trazendo de muito tempo, grandes prejuízos ao pais economicamente e ambientalmente, portanto na visão da sustentabilidade é de fato um problema que deve ser tratado o mais breve possível, e a solução proposta enfatiza iniciar essa solução resolvendo os seguintes pontos.
• Prevenção da poluição de rios e oceanos;
• Reciclagem de RSU;
• Redução de custos de ações corretivas;
• Promover tecnologias sustentáveis;
• Prevenir alagamentos;
5 Considerações Finais
Com base nas informações abordadas nesse trabalho, é visível a existência de oportunidades para o desenvolvimento de projetos voltados aos cuidados com meio ambiente, seja relacionado a eficiência energética, reciclagem ou como aqui tratamos, o desenvolvimento de tecnologias voltadas a coleta e prevenção de resíduos sólidos urbanos que atingem mananciais e as fontes de águas que correm por rios e cidades mundo a fora. Podemos enfatizar também as tecnologias emergentes que podem ser aplicadas e trazidas para o Brasil, onde soluções desenvolvidas em diferentes nações atendem necessidades comuns em prol de um objetivo unitário, neste caso o meio-ambiente. Os estudos aqui tratados, permitem entender a proporção do problema que são os resíduos sólidos urbanos, seu grande potencial de poluição, e a importância de buscar soluções e melhorias que tragam eficiência para tais problemas, atendendo pilares importantes como, viabilidade econômica, resultados, tecnologia, inovação e sustentabilidade.
6 Referências Bibliográficas
ALVES, J. E. D. O grande crescimento da Pegada Ecológica no mundo e nos continentes. EcoDebate, no. 3214, 2019, ISSN 2446-9394.
BROWN, H. S. “Sustainability Science Needs to Include Sustainable Consumption”. Environment: Science and Policy for Sustainable Development, vol. 54, no. 01, 2012, p. 23.
CHAGAS, E. C. et al. Produtividade de tambaqui criado em tanque-rede com diferentes taxas de alimentação. Ciência Rural, Santa. Maria, v. 37,n. 4, p. 1109-1115, 2007.
CITY OF KWINANA. Drainage Nets. Disponível em: https://www.kwinana.wa.gov.au/city-life/protecting-our-environment/drainage-nets Acesso em: 13 out. 2022.
TECNOCONVERTING ENGINEERING. TecnoGrabber. Disponível em: < TecnoGrabber® Waste Collection Mesh – TecnoConverting Engineering> Acesso em: 26 nov. 2022.
DE MATOS, Antônio Teixeira. Poluição ambiental: impactos no meio físico. Editora UFV, 2020.
FONSECA, I. da; OLIVEIRA, S. S. de. A pegada ecológica como instrumento metodológico na relação meio ambiente e ensino de ciências. Cadernos PDE, Paraná, vol. 01, 2013, p. 48.
GONÇALVES, Larisse Medeiros et al. Arborização urbana: a importância do seu planejamento para qualidade de vida nas cidades. Ensaios e Ciência C Biológicas Agrárias e da Saúde, v. 22, n. 2, p. 128-136, 2018.
KIEFFER, S.W.; BARTON, P.; PALMER; A. R., REITAN, P. H.; ZEN, E. “Megascale events: Natural disasters and human behavior”. Geological Society of America Abstracts with programs, vol. 432, 2003.
KOMIYAMA, H; TAKEUCHI, K. Sustainability Science: Building a New Discipline. Sustainability Science, vol. 01, 2006, p. 1.
LISBOA, C. K. Pegada Ecológica: um indicador Ambiental para Londrina- Pr. Londrina, 2007
MEDEIROS, F. das C. Tanque-rede: mais tecnologia e lucro na piscicultura. Cuiabá: Editora da UFMT, 2012. 110 p.
ONU. Solid Waste Management. Disponível em: < https://www.unep.org/explore-topics/resource-efficiency/what-we-do/cities/solid-waste-management> Acesso em: 13 out. 2022.
PANORAMA DOS RESIDUOS SÓLIDOS NO BRASIL 2021 ABRALPE. São Paulo: ABRALPE. 2021. Disponível em: < https://abrelpe.org.br> Acesso em: 13 out. 2022.
PINHEIRO, Juarez Mota; VENTURI, Luís Antônio Bittar; GALVANI, Emerson. Poluição atmosférica: estudo de caso do Município de São Luís do Maranhão. Sociedade & Natureza, v. 32, p. 760-771, 2022
RODRIGUEZ, J. M. M. O meio ambiente: histórico e contextualização. In: CAVALCANTI, Agostinho P. B. (Org.). Desenvolvimento sustentável e planejamento: bases teóricas e conceituais. Fortaleza: UFC – Imprensa Universitária, 1997, pp. 56-57.
ROOS, A.; BECKER, E. L. S. Educação Ambiental E Sustentabilidade. Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, vol. 05, no. 05, 2012, pp. 857 – 866.
SANTOS, I. P. de O.; TRINDADE JUNIOR, A. P. da; BOECHAT, L. P.; ALMEIDA, S. C. R. de; RODRIGUEZ, Z. L. L. Perspectivas dos Estudos Interdisciplinares frente ao tema da Governança Ambiental e do Desenvolvimento Sustentável. In: Simpósio Interdisciplinar de Ciência Ambiental, 02, 2016, São Paulo. Anais… SICAM. Disponível em: http://www.iee.usp.br/sites/default/files/Anais_SICAM_final1.pdf. Acesso em: 06 nov. 2022.
SOUZA, M. C. da S. A. de; GRANADO, J. R. M. A avaliação ambiental estratégica e sua aplicabilidade no cenário internacional: as bases conceituais e as noções gerais sobre as experiências exteriores com o processo sistemático estratégico. In: SOUZA, M. C. da S. A. de; ARMADA, C. A. Sustentabilidade meio ambiente e sociedade: reflexões e perspectivas. Umuarama: Universidade Paranaense – UNIPAR, 2015. E-book. 303 p.
TORRES, Leandro Marques et al. Poluição atmosférica em cidades brasileiras: uma breve revisão dos impactos na saúde pública e meio ambiente. Natura e, v. 2, n. 1, p. 23-33, 2020.
ALENCAR, Marcelo Sampaio, Telefonia celular digital. São Paulo: Editora Érika, 2004.
DUTRA, FLORA. A história do telefone celular como distinção social no Brasil. Da elite empresarial ao consumo da classe popular, 2016.
MINT, David. Servicio de Mensajes Cortos (SMS) el Mercado Telefónico de España. The Mint, 2013
F. J. C. Padilha, W. I. Suemitsu, L. G. B. Rolim and G. G. Sotelo, “A modular power electronics protoboard for didactic applications,” 2009 Brazilian Power Electronics Conference, 2009, pp. 1099-1103, doi: 10.1109/COBEP.2009.5347665.
HOMAZINI, Daniel. ALBUQUERQUE, Pedro U. B. Sensores Industriais – Fundamentos e Aplicações. 5ª ed. São Paulo: Érica, 2005. 222 p.
Çengel, Y. e Cimbala, J. Fluid Mechanics – Fundamentals and Applications. McGraw-Hill, Ed. New York, 2006.
ABRAMCHUK. V, ESTUDO DA FORÇA DE ARRASTO SOBRE VEÍCULOS DE TRANSPORTE DE PESSOAS EMPREGANDO CFD, Porto Alegre, 117 páginas, 2014
SHIFFMAN. D, RESISTÊNCIA DO AR E DOS FLUIDOS, 2012, disponível em: (https://pt.khanacademy.org/computing/computer-programming/programming-natural-simulations/programming-forces/a/air-and-fluid-resistance), Acesso em: 26/10/2022
DEPOSIT PHOTOS, REDES DE PESCA VIME DE NYLON PESCA DOBRÁVEL CLOSE-UP CAÇA TRADICIONAL, disponível em: (https://br.depositphotos.com/288875342/stock-photo-fishing-nets-nylon-wicker-folding.html), Acesso em: 26/10/2022
BRAGA, Newton C. Relés: Circuitos e aplicações. Editora Newton C. Braga, 2017.
CAFURE, V.A.; PATRIARCHA-GRACIOLLI, S.R. Os resíduos de serviço de saúde e seus impactos ambientais: uma revisão bibliográfica. Interações, v.16, 2015.
Lixo municipal: manual de gerenciamento integrado / Coordenação geral André Vilhena. – 4. ed. – São Paulo (SP): CEMPRE, 2018.
Penteado, M. J. (2011). Guia Pedagógico: Cadernos de Educação Ambiental (6ª ed.). São Paulo: Governo do Estado de São Paulo.
FILIPEFLOP. Módulo Relé 5V 2 Canais. Disponivel em https://www.filipeflop.com/produto/modulo-rele-5v-2-canais/?utm_source=google&utm_medium=organic&utm_campaign=shopping&utm_content=surfaces_across_google&gclid=Cj0KCQiAj4ecBhD3ARIsAM4Q_jHyYZK5KIeccrI2oRcmx6BDTU6ym4sLVLzVAn_mJ14cL-aYsahyuckaApSHEALw_wcB>. Acessado em 28 out. 2022.
Marino Store. Protoboard 400 Pontos. Disponível em https://www.marinostore.com/acessorios/protoboard-400-pontos . Acessado em 10 out. 2022.
Loja do Sensor. Celulas de Carga. Disponível em https://www.lojadosensor.com.br/media/sig_MUwP5hM0ki/categorias/celulas-de-carga/celulas-de-carga-02.jpeg . Acessado em 15 out. 2022.
McRoberts, Michael. Arduino Básico. – São Paulo: Novatec Editora, 2011.
ALMEIDA, Paulo Samuel. Manutenção Mecânica Industrial: Conceitos Básicos e Tecnologia Aplicada. São Paulo: Érica, 2014.