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DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA BASEADO NA TELEMETRIA E
INTEGRADO AO AGUAPURA VIANET PARA MONITORAMENTO DO
CONSUMO E QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA
Edgard Pitombo Ferreira Neto
Trabalho de Conclusão de Curso de
Graduação apresentado à Escola Politécnica,
da Universidade Federal da Bahia, como
parte dos requisitos necessários à obtenção
do título de Bacharel em Engenharia de
Controle e Automação de Processos.
Orientador: Marcus Vinícius Americano da
Costa Filho
Salvador
Julho de 2015
N222 Ferreira Neto, Edgard Pitombo
Desenvolvimento de sistema baseado na Telemetria e
integrado ao Aguapura Vianet para monitoramento do consumo
e qualidade da energia elétrica/Edgard Pitombo Ferreira Neto.
– Salvador: UFBA, 2015.
XIII, 36 p.: il.; 29,7cm.
Orientador: Marcus Vinícius Americano da Costa Filho
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) –
UFBA/Colegiado de Engenharia de Controle e Automação
de Processos, 2015.
Referências: p. 36 – 36.
1. Telemetria. 2. Automação. 3. Energia. 4. Consumo.
5. Controle. I. Filho, Marcus Vinícius Americano da Costa.
II. Universidade Federal da Bahia, Programa de Engenharia de
Controle e Automação de Processos. III. Título.
CDD: 519.2
A minha família
iv
Agradecimentos
A Deus pelo dom da vida e por me proporcionar a realização de mais um sonho.
Aos meus pais, Carlos Alberto e Suely Fonseca, e as minhas irmãs, Thaís Fontana
e Flávia Fontana, pelo apoio e amor a mim dedicados.
A minha namorada, Nayara Soares, pelo amor e companheirismo sempre de-
monstrados.
Aos meus amigos pelos momentos de alegria e de descontração.
Aos meus professores da graduação, em especial ao professor Ricardo Kalid pelos
ensinamentos transmitidos quando era meu orientador de estágio.
Aos engenheiros Wagner Brandão e Ana Rita Barbosa pelas orientações que
tornaram possível o sistema desenvolvido neste trabalho.
A todos das secretarias do Teclim e do PEI pelo acolhimento de sempre.
O que sabemos é uma gota; o que
ignoramos é um oceano.
Isaac Newton
v
Resumo da Trabalho de Conclusão de Curso apresentada à UFBA como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Bacharel em Ciências (B.Sc.)
Resumo
O consumo acentuado da energia elétrica está associado a diversos fatores, dentre
eles o ritmo de atividades industriais e poder aquisitivo de uma população. Para
conter o consumo descontrolado do recurso, no Brasil, são desenvolvidos programas
cujo objetivo é conscientizar a população e estimular o uso racional destes recursos.
Um desses programas é o Aguapura, que, desde 2001, vem sendo desenvolvido na
Universidade Federal da Bahia e destacando-se pelo seus resultados exitosos. Para
tanto, faz-se necessário que as unidades participantes insiram dados de consumo di-
ariamente no Aguapura Vianet, software de apoio ao Programa. Entretanto, muitas
unidades cadastradas não seguem o procedimento ou o fazem de forma errada, com-
prometendo a busca de oportunidades de redução de consumo. Logo, para expandir
os resultados do Aguapura pela minimização de erros humanos e disponibilidade de
dados, este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de telemetria integrado
ao Aguapura Vianet. Os resultados mostram a eficácia do sistema desenvolvido e
novas perspectivas no monitoramento do consumo da energia elétrica.
Palavras-chave. telemetria, automação, energia, consumo, controle
vi
Abstract of paper presented to CECA/UFBA as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Bachelor of Science (B.Sc.)
Abstract
The sharp consumption of electricity is associated with several factors, including
the pace of industrial activity and purchasing power of a population. To contain
the uncontrolled consumption of the resource, in Brazil, programs are developed
which aims to raise awareness and encourage the rational use. One such program
is the Aguapura, since 2001, has been developed at the Federal University of Bahia
and notable for its successful results. Therefore, it is necessary that the partici-
pating units to enter consumption data daily in Aguapura Vianet, to support the
program software. However, many units registered do not follow the procedure or
do so incorrectly, compromising the pursuit of consumption reduction opportunities.
Therefore, to expand the results of Aguapura by minimizing human error and data
availability, this paper proposes the development of an integrated telemetry system
to Aguapura Vianet. The results show the effectiveness of the developed system and
new perspectives in monitoring the consumption of electricity.
Keywords. telemetry, automation, energy, consumption, control
vii
Sumário
Lista de Figuras x
Lista de Tabelas xi
Lista de Quadros xii
Lista de Abreviaturas xiii
1 Introdução 1
1.1 Programa Aguapura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 Sistema Aguapura Vianet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2 Dificuldades dos usuários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Objetivo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4 Objetivos Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Organização do Texto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Fundamentação Teórica 12
2.1 Telemetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Materiais e Métodos 18
3.1 Considerações iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Definição e estudo do equipamento de medição . . . . . . . . . . . . . 19
3.3 Escolha e estudo do concentrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4 Acesso à internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5 Escolha da linguagem de programação e softwares auxiliares . . . . . 23
3.6 Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.7 Envio de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.8 Interface para conferência de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
viii
3.9 Testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.10 Identificação das restrições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4 Considerações finais 29
4.1 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2 Conclusões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.3 Recomendações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Referências 36
Anexos e Apêndices 36
ix
Lista de Figuras
1.1 Variação do PIB e variação do consumo de energia (1998 - 2007) -
(ANEEL, 2007) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Consumo de água da UFBA do período de 1998 a 2009 - (QUADROS
et al., 2011) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Fluxo de informação do Vianet - (QUADROS et al., 2011) . . . . . . 5
1.4 Lançamento mais recente das unidades da UFBA - (VIANET, 2015) . 7
1.5 Classificação das unidades da UFBA em 2014 - (VIANET, 2015) . . . 7
1.6 Participação da unidades do Governo do Estado da Bahia no Vianet . 8
2.1 Diagrama esquemático de um sistema de telemedição - (LAMIN, 2009) 13
3.1 Esquema de instalação do TES-3600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2 Modelo de resposta do TES-3600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3 Sistema de telemetria em funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4 Estratégia de envio de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5 Visualização de dados recebidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6 Aplicativo mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7 Dados inseridos automaticamente no Vianet - (VIANET, 2015) . . . . 28
4.1 Gráfico da Variação da Potência Ativa - Fase A . . . . . . . . . . . . 31
4.2 Gráfico da Variação da Potência Ativa total . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3 Gráfico da Variação da Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.4 Classificação do edifício no primeiro envio automático - (VIANET,
2015) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5 Gráfico das médias diárias para quatro medições automáticas - (VI-
ANET, 2015) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
x
Lista de Tabelas
4.1 Investimento inicial para 10 unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
xi
Lista de Quadros
3.1 Tratamento de resposta do TES-3600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
xii
Lista de Abreviaturas
3G Terceira geração de padrões e tecnologias de telefonia móvel,
p. 12
Aneel Agência Nacional de Energia Elétrica, p. 14
CAB Cento Administrativo da Bahia, p. 3
GPIO General Purpose Input/Output, p. 22
GPRS General Packet Radio Service, p. 15
GSM Global System for Mobile Communications, p. 15
IP Internet Protocol, p. 15
JSON JavaScript Object Notation, p. 23
LAN Local Area Network, p. 15
NTP Nework Time Protocol, p. 28
PLC Power Line Communication, p. 14
RTC Real-Time Clock, p. 28
RU Responsável por unidade, p. 5
SAEB Secretaria da Administração do Estado, p. 2
SMS Short Messages Service, p. 15
UFBA Universidade Federal da Bahia, p. 2
UMTS Universal Mobile Telecommunication System, p. 15
WAN Wide Area Network, p. 16
xiii
Capítulo 1
Introdução
O consumo de energia é reflexo tanto do ritmo das atividades do setor industrial,
comercial e de serviços, quanto do poder de uma população para adquirir bens e
serviços tecnologicamente mais avançados. Logo, associa-se também ao desenvol-
vimento econômico e melhoria da qualidade de vida de qualquer sociedade. Essa
inter-relação foi o principal motivo do acentuado crescimento no consumo verificado
nos últimos anos (ANEEL, 2007). A Figura 1.1 mostra a expansão da economia
mundial, no período de 2002 a 2007, refletida pela variação crescente do PIB, e no
mesmo período a variação acumulada do consumo de energia foi de 13% (ANEEL,
2007).
Figura 1.1 – Variação do PIB e variação do consumo de energia (1998 - 2007) - (ANEEL, 2007)
Apesar de o consumo acentuado de energia elétrica está associado ao desenvolvi-
mento econômico e social, existem enfoques negativos. A possibilidade de escassez
dos recursos utilizados na geração da energia elétrica, o impacto ambiental associado
à geração e os elevados investimentos na construção de novas usinas são alguns dos
aspectos que sempre devem ser levados em consideração no uso da energia. Uma das
maneiras de conter a expansão do consumo ineficiente, sem prejudicar o crescimento
econômico e comprometer a qualidade de vida, é a conscientização da população
1
mundial e incentivo ao uso racional do recurso. No Brasil, por exemplo, esse in-
centivo tem sido feito sistematicamente desde 1985 quando o Ministério de Minas
e Energia criou o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel).
De âmbito nacional e coordenado pela Eletrobrás, o Procel promove o uso eficiente
da energia elétrica e o combate ao desperdício e tem resultado na redução nas emis-
sões de gás carbônico equivalente e o incentivo ao desenvolvimento tecnológico de
equipamentos elétricos mais eficientes no uso da energia (ANEEL, 2007).
Motivações surgem também de instituições de ensino, como o Programa Agua-
pura - Programa de Uso Racional da Água que vem sendo desenvolvido na Uni-
versidade Federal da Bahia(UFBA) e tem como objetivo atuar de forma efetiva na
racionalização do consumo e combate ao desperdício. O Programa teve início em
2001 com seus objetivos voltados para água e obteve resultados exitosos dentro e
fora da universidade. Em 2008, em decorrência da parceria estabelecida entre a
Secretaria da Administração do Estado (SAEB) e a Universidade Federal da Bahia,
através da Rede de Tecnologias Limpas, a atuação do Aguapura foi expandida para
energia elétrica.
1.1 Programa Aguapura
O Programa Aguapura é baseado no Conceito de Produção Limpa que considera
a minimização de perdas e desperdícios, manutenção, aprimoramento de redução
obtida e uso de tecnologias limpas. Para tanto, é necessário conhecer o perfil de
consumo das unidades e buscar soluções ecoeficientes. Assim, as unidades assistidas
pelo Programa são submetidas a cinco etapas: (1) estudo das instalações hidráulicas,
(2) monitoramento e análise do consumo, (3) detecção e correção de vazamentos
visíveis e não visíveis, (4) levantamento dos hábitos dos usuários e (5) utilização de
tecnologias de processo e produto para racionalização do consumo. Essa metodologia
auxiliou a UFBA a racionalizar o consumo de água, quando em 1998-2000 o consumo
médio era aproximadamente 25.500 m³ e em 2006-2007 diminuindo para 14.000 m³,
resultando em 45% de redução no consumo como mostra a Figura 1.2. No apoio à
gestão das unidades, o uso da ferramenta computacional Aguapura Vianet, que será
apresentado na Seção 1.1.1, foi importante para registro do consumo, equipamentos
2
e manutenções.
Figura 1.2 – Consumo de água da UFBA do período de 1998 a 2009 - (QUADROS et al., 2011)
Em 2008, foi implementado o Programa de Racionalização do consumo de Água
e Energia pela Rede de Tecnologias Limpas e Minimização de Resíduos (Teclim) da
Universidade Federal da Bahia, em parceria com a SAEB cujo objetivo é a redução
gradativa de perdas e desperdícios nas instalações hidráulicas e elétricas da adminis-
tração pública estatal. Essa iniciativa tomou como referência o Projeto Aguapura
Vianet que ao longo de 12 anos vem alcançando resultados exitosos nas unidades
acadêmicas e administrativas da UFBA. Segundo Silva (2012), inicialmente o obje-
tivo era monitorar o consumo de água e energia em dezessete prédios localizados no
Cento Administrativo da Bahia(CAB) e já na primeira etapa do programa, no mo-
mento de identificação do perfil de consumo das unidade, o consumo foi reduzido em
até 55%. As despesas anuais da DERBA, por exemplo, reduziram de R$175.000,00
para R$79.000,00. Já na segunda etapa do programa, diante da redução de 20%
do consumo de energia elétrica pela SAEB, definiu-se mais um objetivo: divulgar o
Programa para as demais unidades do Governo do Estado. Nesta etapa, foi publi-
cado um decreto estadual nº 12.544 que instituiu o Programa de Racionalização do
Consumo de Água e Energia nos Prédios Públicos:
Art. 1º - Fica instituído o Programa de Racionalização do Consumo
de Água e Energia nos Prédios Públicos, com a finalidade de orientar
e mobilizar os órgãos e entidades da Administração Pública do Poder
3
Executivo Estadual, através dos usuários internos e flutuantes, bem como
de acompanhar e controlar o consumo dos gastos com água e energia.
Projetos pilotos que identificavam oportunidades de redução do consumo tam-
bém mostraram seus resultados. Os horários de desligamento de ar condicionado,
funcionamento de elevadores visando diminuir custo com energia reativa, estudo da
troca de fluido refrigerante dos aparelhos splits para outro que permite a redução
do consumo foram alguns dos projetos pilotos. Seguindo o exemplo do melhor uso
do ar condicionado, avaliou-se a prática do uso máximo da ventilação externa e,
quando necessitasse o uso do aparelho, os funcionários seguissem orientações como:
ajustar a temperatura para um valor fixo de 24°C no início do expediente, aumentar
a temperatura perto e durante o horário de almoço e desligar o aparelho antes do
final do expediente. Esta prática resultou na economia aproximada de R$30.000,00
por ano somente no prédio da SAEB.
Apesar de muitos prédios do Centro Administrativo serem compostos por Secre-
tarias/Órgão de Estado, e cada um com sua estrutura orçamentária, em muitos deles
existia apenas um pagante das despesas. Assim, visando à distribuição uniforme das
despesas, foi proposta a divisão per capita das contas na qual a Secretaria que tiver
o maior número de servidores pagará a maior fatia da conta. Além dessa atitude, ou-
tra ferramenta importante para o estudo e redução do consumo foi a disponibilidade
de memórias de massa das unidades na qual se avaliou a demanda de potência ativa
e reativa em períodos de 15 minutos durante 1 mês. Desta forma, detectou-se que,
com exceção de três unidades, todas as outras possuíam consumo reativo excedente
e, embora a Secretaria da Fazenda tivesse um banco de capacitores, o equipamento
estava sendo acionado em momentos inoportunos. Identificou-se também demanda
elevada de energia durante a noite e finais de semana ocasionada por equipamentos
ligados desnecessariamente.
Para armazenar informações mais detalhadas sobre as unidades e seus consumos,
foram ampliadas as funcionalidades do Aguapura Vianet. Atualmente o sistema dis-
ponibiliza o cadastramento de setores (subdivisão organizacional da unidade consu-
midora), ambientes (subdivisão física da unidade consumidora), pontos de consumo,
equipamentos, especificações de equipamentos, fabricantes, dentre outras informa-
ções.
4
1.1.1 Sistema Aguapura Vianet
Para obter a redução do consumo de água e energia pela diminuição dos desper-
dícios e perdas, é necessário saber como esses recursos são utilizados. Para isso,
foi desenvolvido um programa computacional, compatível com a metodologia des-
centralizada do Programa Aguapura, através do qual qualquer residência, prédio ou
empreendimento pode acompanhar seu próprio consumo. O software está disponível
na internet e possui as seguintes linhas de ação:
Monitoramento do consumo: O Vianet serve como repositório de informações
de consumo das unidades nele cadastradas. Para o Responsável por Unidade(RU), é
atribuído o compromisso diário de inserir os valores lidos dos medidores no sistema.
Hoje, este procedimento é feito de forma manual por basicamente dois fatores: custo
da implantação da telemetria e o impacto positivo no comportamento gerado pela
gestão descentralizada, onde o RU é responsável por atualizar os dados no sistema.
Assim que uma medição é lançada no sistema, o Vianet atualiza o perfil do consumo
da unidade e, por meio dos gráficos do consumo diário e mensal, permite que se
identifiquem cenários de perdas e/ou desperdícios. Esta análise permite ao RU
investigar por conta própria a causa de problemas e acionar a equipe de manutenção
pelo próprio sistema. Esses procedimentos são resumidamente ilustrados na Figura
1.3.
Figura 1.3 – Fluxo de informação do Vianet - (QUADROS et al., 2011)
5
Realização de manutenção corretiva e preventiva: Devido à divisão das
unidades em setores, ambientes, localidades e ponto de consumo, o acompanhamento
das informações geradas pelo sistema, inclusive o históricos de manutenções reali-
zadas, permite que a equipe de manutenção atue com maior eficiência. Além disso,
o Vianet fornece outras funcionalidades como informações financeiras, divulgação e
registro de eventos extraordinários, equipamentos instalados dentro outros.
Utilização do Vianet na identificação e execução das oportunidades: A
base de dados dos pontos de consumo gerada pelo Vianet, permite à equipe técnica
identificar oportunidades de redução de consumo e, através das características das
unidades, identificar perdas invisíveis na estrutura. Além disso, é possível avaliar
o impacto das mudanças comportamentais dos frequentadores das unidades e das
alterações de equipamentos.
1.1.2 Dificuldades dos usuários
O constante acompanhamento da energia, principalmente para quem deseja utilizar
esse recurso de forma racional, é importante para detectar a necessidade de manu-
tenção e substituição de aparelhos ou até mesmo mudanças comportamentais. O
uso racional ou substituição de equipamentos que consumem muita energia auxilia
em ações que podem diminuir significativamente o valor pago pela energia elétrica
e aumentar a ecoeficiência de uma unidade. Apesar da importância do acompanha-
mento, unidades cadastradas no Aguapura Vianet deixam de alimentar o sistema
com informações de consumo. Como pode ser visto no gráfico da Figura 1.4, em
doze meses, considerando o somatório de lançamentos por mês de todas as unidades
da UFBA, nota-se que o monitoramento do uso energia pela Universidade está di-
minuindo. Conforme informações disponibilizadas no próprio sistema, considerando
todas as 82 unidades cadastradas na Universidade, o registro de consumo de ener-
gia elétrica mais recente é referente ao mês de dezembro de 2014. Em março de
2015, houve apenas um lançamento de consumo pertencente a uma unidade que não
costuma monitorar o consumo.
6
Figura 1.4 – Lançamento mais recente das unidades da UFBA - (VIANET, 2015)
O Vianet classifica as unidades de acordo com a frequência de lançamentos de
consumo, e as unidades identificadas como ótimas devem ter pelo menos 22 registros
de consumo por mês. Mesmo estendendo o período de classificação de um mês para
um ano, Figura 1.5, apenas 3 unidades alimentaram o sistema com mais de 22 lan-
çamentos em 2014, ou seja, aproximadamente 96% das unidades foram classificadas
como não participantes. Embora três unidades consideradas como participantes, a
que mais lançou dados no sistema durante o ano totalizou 127 coletas, quando o
esperado seria 264.
Figura 1.5 – Classificação das unidades da UFBA em 2014 - (VIANET, 2015)
7
Aplicando-se os mesmos critérios acima para as unidades do Governo do Estado
da Bahia, verifica-se na Figura 1.6a que 150 unidades(89%) do total de 168 se en-
quadram em unidades participantes, ou seja, a maioria lançou mais de 22 coletas de
consumo em 2014. Entretanto, de acordo com o gráfico da Figura 1.6b, avaliando-se
somente os dados do mês de abril de 2015, aproximadamente a metade das unidades,
51% , foram consideradas como ótimas, ou seja, lançaram pelo menos 22 medições
do consumo de energia no sistema no mês. Ainda que este cenário seja melhor, 22
unidade ,27%, não acompanharam o consumo no mês de Abril.
(a) Classificação das unidades em 2014 - (VIANET, 2015)
(b) Classificação das unidades em Abril/2015 - (VIANET, 2015)
Figura 1.6 – Participação da unidades do Governo do Estado da Bahia no Vianet
8
A ausência de coletas de consumo pode ser causada por diversos fatores, desde
a falta de interesse no monitoramento, manutenção do ponto de medição, erros
humanos, condições meteorológicas, ilegibilidade de medidores, dentre outros. Em
uma determinada unidade, quando as lacunas de informações de consumo ocorrem
ocasionalmente, podem-se vincular motivos como chuvas abundantes, manutenção
do equipamento de medição, manutenção do próprio ponto de consumo, período de
doença ou férias do RU. Além da ausência de dados, é comum usuários reportarem
registro de medições erradas. Este fato pode ser ocasionado por leituras equivocadas
do consumo nos equipamentos de medição ou erros de digitação. Quando feitas em
pequena escala, o próprio responsável por inseri-las as corrigem, mas, em outros
casos, como medições inseridas em pontos de consumo permutados, é necessário a
intervenção da equipe do Teclim que monitora a unidade. Nas ocasiões nas quais
se detectam erros abundantes, o setor de informática responsável pela manutenção
do sistema é acionado para intervir diretamente no banco de dados. Como visto
na Figura 1.3, o RU é responsável não só por alimentar o sistema com dados de
consumo, ele também deve observar o impacto dos dados recém inseridos nos gráficos
atualizados instantaneamente e reportar eventos extraordinários. Esses eventos são
armazenados no Aguapura Vianet, no campo de observações, e fazem parte da base
de conhecimento da unidade. De posse dessas informações, é possível identificar os
motivos de discrepâncias nos gráficos de consumo, as principais causas da inserção
de dados inconsistentes, a ausência de registros de consumo etc. As observações a
seguir foram retiradas do Aguapura Vianet e exemplificam algumas das dificuldades
encontradas pelos RUs na realização da coleta de dados de consumo manualmente.
“A leitura do dia 24 foi colocada errada porque dia 24 e domingo e eu não pego
leitura eu troquei a data.”
“Prezados, houve um pequeno equívoco na digitação do consumo de água re-
ferente ao dia 10.10.2005, a leitura correta seria 06446, infelizmente digitei 06464.
assim, estou impedido de lançar a leitura de agora a pouco 16h08, que seria 06456.
como corrigir isso? Aguardo confirmação.”
“Entrei em contato com a unidade e fui informado que a responsável pela unidade
esta de ferias, porem pedir para o funcionário Paulo César para fazer a leitura, ele
me informou que o hidrômetro ta com problema na visualização dos números.”
9
“chuva forte em salvador, do dia 6 a dia 27. chuva intensa por causa disso não
foi feita a medição.”
“Foi informado que os equipamentos do ar condicionado foram esquecidos ligados
nas salas Técnicos 1 e 2 de sexta 22/05 até segunda 25/05.”
1.2 Motivação
É importante salientar que a ausência de informações e os dados errados inseridos
no Aguapura Vianet prejudicam o acompanhamento do uso dos recursos, tanto
da água como da energia. A consistência das informações disponibilizadas através
dos gráficos depende diretamente da quantidade e qualidade dos dados inseridos
pelos RUs. Informações inconsistentes dificultam o entendimento sobre o perfil de
consumo das unidades, prejudicam o alcance de metas de consumo e muitas vezes
impossibilitam a busca de novas oportunidades de redução dos desperdícios e perdas.
Ressalta-se também, como visto na Seção 1.1, a importância do uso de memó-
rias de massa como ferramenta importante para detectar se as unidades possuem
gastos extras com pagamentos de multas por energia reativa excedente. Atualmente
a equipe técnica do Teclim utiliza um analisador trifásico, TES-3600, para coletar
informações da rede elétrica das unidades assistidas pelo Aguapura. O referido anali-
sador possui memória interna e permite o funcionamento como data logging. Depois
de instalado em uma unidade por um período determinado pela equipe técnica, os
dados armazenados são descarregados em um computador e analisados posterior-
mente.
As motivações deste trabalho surgiram com o propósito de expandir os resultados
do Programa Aguapura, solucionando os erros ocasionados por falhas humanas e mi-
nimizando outros inconvenientes que impossibilitem a inserção de dados de medição
no sistema Aguapura Vianet. Ademais, deseja-se atender às solicitações da equipe
técnica do Teclim de adicionar nas memórias de massa a temperatura local das uni-
dades e ter acesso remoto a esses dados em intervalos de 15 minutos. Atendendo-se
essa última demanda, almejam-se novas perspectivas na busca de soluções eficientes
do uso da energia, principalmente pela visualização de respostas, em curtos espaços
de tempo, às mudanças comportamentais e outras soluções propostas pela equipe
10
técnica do Teclim.
1.3 Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver um sistema automatizado de coleta
de dados da rede elétrica integrado ao Aguapura Vianet para incentivar buscas de
novas oportunidades de redução do consumo.
1.4 Objetivos Específicos
Para se atingir o objetivo geral, alguns objetivos específicos foram definidos, tais
como identificar as principais dificuldades dos RUs, assim como as demandas da
equipe técnica do Teclim; definir os equipamentos necessários para o projeto; desen-
volver o sistema proposto e integrá-lo ao Vianet; avaliar o envio e integridade dos
dados recebidos remotamente; identificar as restrições.
1.5 Organização do Texto
Este documento está estruturado em 4 (quatro) capítulos. Este introduz o programa
Aguapura juntamente com o programa computacional Aguapura Vianet e as atuais
dificuldades dos usuários no lançamento manual das coletas do consumo de energia.
Apresenta também a motivação e os objetivos geral e específicos deste trabalho. No
Capítulo 2 são exibidos alguns conceitos que fornecerão suporte ao entendimento
do funcionamento de um sistema de Telemetria. O capítulo 3 expõe os materiais
e métodos utilizados no desenvolvimento deste projeto. Já o capítulo 4 contém as
considerações finais, resultados e sugestões para trabalhos futuros.
11
Capítulo 2
Fundamentação Teórica
2.1 Telemetria
Segundo o dicionário Aurélio (2015), a telemetria ou telemedição é:
1. Técnica de transmissão de dados à distância.
Partindo-se desse conceito, considerando a diversidade de dados e sua importân-
cia na obtenção de informações, a utilização da telemetria torna-se ampla e abrange
diversas aplicações, como aquisição de dados meteorológicos, variáveis de trânsito,
monitoramento de solos na agricultura, inspeção de equipamentos, monitoramento
de variáveis em indústrias dentre outras. A telemetria também está associada ao
uso eficiente da energia elétrica em residências, fábricas e escritórios, pelo acompa-
nhamento descentralizado, ou seja, por equipamentos, setores, ambientes e assim
por diante. Com a expansão da cobertura de redes móveis da terceira geração, 3G,
concessionárias brasileiras já utilizam tal tecnologia para substituir a leitura presen-
cial de medidores, reduzindo custos com deslocamentos de leituristas e exercendo
maior controle sobre o energia fornecida. Algumas das vantagens da implantação
dessa tecnologia estão relacionadas à facilidade do acesso à informação, fidelidade
dos dados, monitoramento em tempo real, baixo custo de operação e manutenção
(ALVES, 2011).
A Figura 2.1 representa um sistema genérico de telemetria utilizado no monito-
ramento do consumo da energia elétrica.
12
Figura 2.1 – Diagrama esquemático de um sistema de telemedição - (LAMIN, 2009)
Conforme a figura 2.1, um sistema genérico de telemedição pode ser composto
por 6 elementos (LAMIN, 2009): medidor eletrônico, módulo de comunicação do
medidor, rede local, concentradores, rede de longa distância e computador central.
É importante salientar que os sistemas variam em infraestruturas e configurações,
assim, podem não ser exatamente iguais ao apresentado. A seguir, serão apresenta-
das as funções de cada um dos seis componentes do sistema apresentado.
1. Medidor eletrônico de energia: é um dispositivo ou equipamento capaz
de mensurar o consumo de energia elétrica cuja unidade mais usada é kWh.
O equipamento está presente na maioria de casas e habitações no mundo mo-
derno.
2. Módulo de comunicação do medidor: dispositivo que pode estar externa-
mente ou internamente ao medidor e capaz de transferir os dados mensurados
através das vias de tráfego de dados. O medidor e o módulo de comunicação
podem ter memória ou não. Caso não a tenha, os dados coletados podem ser
enviados em tempos pré-programados para o coletor intermediário ou podem
ser enviadas, através de redes de longas distâncias, para computadores cen-
trais. Alguns módulos permitem ser acessados remotamente, possibilitando
reconfigurações à distância.
3. Rede local de transmissão de dados: é o elo de interface do módulo
de comunicação do medidor para os concentradores. Trata-se de uma rede
13
fisicamente limitada para evitar perdas de dados devido à degradação de sinal
por longas distâncias entre seus pontos. A determinação da distância máxima
entre os pontos da rede depende da tecnologia utilizada.
Com os avanços tecnológicos na área de comunicação, as soluções de transmis-
são de dados são várias e evoluem de forma acelerada. Sendo assim, não se
pode classificar uma solução como ideal, mas deve-se buscar a mais adequada
para cada situação, levando-se em consideração a disponibilidade e utilização
das redes de comunicação locais, a localização (rural ou urbana), a exten-
são da rede, a densidade de unidades consumidoras, necessidade de comandos
remotos, etc. A seguir são apresentadas algumas das opções disponíveis:
• PLC (Power Line Communication - Comunicação através da rede elé-
trica): é um sistema de telecomunicação que utiliza a rede elétrica como
meio de transmissão de dados. Nesta tecnologia, um ponto de energia
pode ser utilizado como tomada, para ligar equipamentos, e ao mesmo
tempo como ponto de rede. Potencializando-se o uso da própria infra-
estrutura existente, pode-se tornar vantajoso para as distribuidoras de
energia utilizar esta tecnologia para leitura remota de medidores, cortes
e religações à distância, detecção de fraudes e demais possibilidades re-
lacionadas ao controle e supervisão do fornecimento. No Brasil, Aneel,
Agência Nacional de Energia Elétrica, regulamentou o uso da PLC em
25 de agosto de 2009;
• Fibra óptica (PEREIRA, 2008): é um filamento flexível de vidro ou de
materiais poliméricos com capacidade de transmitir luz, transportando
grandes quantidades de informação (dezenas de milhares de dados em
um par de fibras). A tecnologia possui imunidade às interferências ele-
tromagnéticas e atenuação baixa, o que possibilita grandes espaçamentos
entre repetidores.;
• GSM (Global System for Mobile Communications - Sistema Global para
Comunicações Móveis): é uma tecnologia móvel de transmissão sem fio de
forma digital que utiliza conjuntos de frequências para realizar transmis-
são de dados entre células ou pontos de rede. Por causa da popularidade e
14
ampla utilização desta tecnologia, facilidades como roaming e baixo custo
com a infraestrutura tornaram-se aspectos vantajosos na sua utilização.;
• GPRS (General Packet Radio Service - Serviço Geral de Pacotes por
Rádio): esta tecnologia permite maiores taxas de transferências quando
comparada com a rede GSM. A transmissão de dados ocorre por comu-
tação de pacotes no qual a informação é dividida em grupos relacionados
entre si antes de ser transmitida e remontada no destino. A essência
desta tecnologia é a conexão permanente, permitindo que o dados se-
jam enviados e recebidos sempre que necessário. Com a expansão das
redes GSM/GPRS, empresas de telecomunicações passaram a utilizá-las
também por causa das facilidades na parte da infraestrutura;
• UMTS (Universal Mobile Telecommunication System - Sistema Universal
de Telecomunicação Móvel): é uma tecnologia que faz parte da terceira
geração da telefonia móvel(3G). O objetivo do UMTS é prover um padrão
universal para as comunicações com a qualidade de serviços e com varie-
dade de tipos de tráfego compartilhando o mesmo meio (LAMIN, 2009).
A tecnologia permite que dados sejam transmitidos em banda larga e
combina com acesso móvel de alta velocidade com serviços baseados em
Protocolos de Internet(IP) ;
• SMS (Short Messages Service - Sistema de Mensagens Curtas): é um
padrão de troca de mensagens de texto curtas que permite a comunicação
por mensagens entre equipamentos eletrônicos e está disponível na rede
3G.;
• LAN (Local Area Network): é um conjunto de hardware e software que
permite os computadores individuais trocarem informações e recursos.
São referidas como locais pois possuem limitações físicas; quanto maior a
distância de um nó ao outro erros podem acontecer devido à degradação
de sinal.;
• Mesh: também conhecida como rede em malha, é uma tecnologia sem
fio com múltiplos pontos de acesso. Trata-se de uma rede combinada de
vários nós/roteadores cujo objetivo é permitir o tipo de comunicação fim
a fim, sem a necessidade de um nó central, ou seja, não há um nó do qual
15
toda rede dependa. Logo, no caso de queda de um nó qualquer, a conexão
é reestabelecida através de outros nós sem que o usuário perceba. Com
esta tecnologia é possível que os medidores de energia se comuniquem
entre si sem rota preestabelecida, como acontece com a internet, e caso
um medidor seja retirado, há uma reconfiguração dinâmica que permite
que a comunicação seja mantida.;
• ZigBee: é um conjunto de especificações para comunicação sem fio con-
fiável entre dispositivos eletrônicos. É um tipo de tecnologia de comuni-
cação que utiliza baixo consumo de energia e baixas taxas de transmissão
para aplicações de monitoramento e controle. Os principais requisitos
deste tipo de rede são baixa latência, otimização para baixo consumo de
energia, possibilidade de implementação de redes com elevado número de
dispositivos e baixa complexidade dos nós de rede (FRIAS, 2004). ;
4. Concentrador (coletor regional): é um dispositivo eletrônico que possibi-
lita o armazenamento e envio de dados provenientes do módulo de comunica-
ção. Assim, o coletor é responsável por criar o elo entre a rede local e a rede de
longa distância, levando os dados de medição para um computadores central
onde serão tratados. Os concentradores podem ser classificados em dois tipos:
concentrador primário e secundário. Este último realiza a função do módulo
de comunicação do medidor e é responsável por agrupar os medidores, arma-
zenar os dados de medição de cada consumidor e enviá-los ao concentrador
primário que será o próprio concentrador (coletor regional).
5. Rede de longa distância: também conhecida como Internet ou WAN, Wide
Area Network, são redes projetadas para permitir a transmissão de dados em
longa distância, ou seja, envio e recebimento de dados entre computadores em
escala mundial. Utilizadas em telemedições, permitem a comunicação entre
concentradores e computadores centrais onde quer que eles estejam.
6. Computador central (centro de controle de medição): os dados de me-
dição enviados através da WAN são armazenados e tratados em computadores
usualmente localizados no centro de controle de medição. Este computador
tem a função de receber e direcionar os dados de medição ao banco de dados
16
das unidades consumidoras e, a depender do nível de funcionalidade, pode
emitir relatórios sobre o consumo da energia, estado das redes, condições dos
equipamentos etc.
17
Capítulo 3
Materiais e Métodos
No planejamento deste trabalho, definiu-se que a metodologia adotada no desenvolvi-
mento do sistema automático abarcaria as seguintes etapas: definição dos materiais
e linguagem de programação; definição dos meios e estratégias de envio de dados;
desenvolvimento de programas e escolha de softwares auxiliares; montagem; testes
e identificação das restrições operacionais.
Antes da apresentação de cada etapa do projeto, na Seção 3.1 serão apresentadas
as necessidades e conveniências que levaram a escolha dos equipamentos.
3.1 Considerações iniciais
A definição dos materiais foi estabelecida com base na redução dos investimentos
iniciais do projeto. Assim, aproveitou-se ao máximo os equipamentos existentes
no Teclim, a exemplo do analisador trifásico TES-3600 definido como instrumento
de medição da rede elétrica. A utilização do analisador atende à solicitação da
equipe técnica de visualização em tempo real dos itens que compõem as memórias
de massa. Além do instrumento de medição, como visto na Seção 2.1, um sistema
de Telemetria necessita de um concentrador de informações e o Raspberry Pi foi
definido para exercer essa função. Destinado ao acesso do concentrador à WAN, para
encaminhamento dos dados medidos para o servidor do Teclim (computador central),
definiu-se que poderia ser utilizada a própria rede local da unidade através de cabos
ou conexões wireless com acesso a internet. Entretanto, caso haja disponibilidade
de recursos para cobrir os custos da conexão móvel e visando a não dependência
da internet das unidades, decidiu-se instalar um modem 3G no concentrador. Por
fim, foi escolhido o sensor de temperatura Dallas Semiconductor DS18B20 para ser
18
integrado ao sistema.
3.2 Definição e estudo do equipamento de medição
Nesta etapa, foi estudado o funcionamento e viabilidade técnica do equipamento
de medição para o desenvolvimento do sistema automático. O TES-3600 é um
analisador trifásico, portátil, para uso interno e algumas das suas características
estão listadas a seguir:
• Tipos de ligações: 1P2W, 1P3W, 3P3W2M e 3P4W;
• Medições do tipo True-RMS;
• Análise de harmônicos;
• Interface RS232 do tipo óptica;
• Visor numérico com iluminação;
• Função data logging com capacidade aproximada para 20.000 medições.
O equipamento pode ser instalado para medições de fase única com dois fios
(1P2W); fase única com três fios (1P3W); trifásica com três fios e sem neutro
(3P3W2M); trifásica com quatro fios e com neutro (3P4W). Um exemplo de ins-
talação do analisador na rede elétrica seguindo a configuração 3P4W é mostrado
na Figura 3.1. Os dados medidos são disponibilizados pela porta serial são eles:
tensão(V), corrente (A), potência ativa (kW), potência reativa(kVAr), potência apa-
rente(kVA), fator de potência, frequência de linha(Hz) e corrente de fuga(A). A
possibilidade de requisição de dados pela interface serial foi o aspecto principal para
escolha do analisador como instrumento de medição. Já a existência do visor frontal
permitiu analisar a credibilidade das informações transmitidas.
19
Figura 3.1 – Esquema de instalação do TES-3600
A requisição de dados através da interface serial é feita por caracteres ASCII e
a resposta do analisador caracteriza-se por uma string hexadecimal de 61 bytes que
segue o padrão:
Figura 3.2 – Modelo de resposta do TES-3600
Conforme a Figura 3.2, tem-se que as informações da rede elétrica estão de-
limitadas entre os sinalizadores “02” e “03”. Para cada uma das 3 (três) fases são
disponibilizadas 7 variáveis que são diferenciadas pela letra inicial e cujos valores são
divididos em parte alta(H) e baixa(L). O quadro abaixo simplifica o entendimento
da resposta do analisador.
Quadro 3.1 – Tratamento de resposta do TES-3600Fase Tensão Corrente Potência
AparentePotênciaAtiva
Fator dePotência
Ângulo deFase
PotênciaReativa
A AV(H+L) AI(H+L) AVA(H+L) AW(H+L) APF(H+L) Aθ(H+L) AVAR(H+L)B BV(H+L) BI(H+L) BVA(H+L) BW(H+L) BPF(H+L) Bθ(H+L) BVAR(H+L)C CV(H+L) CI(H+L) CVA(H+L) CW(H+L) CPF(H+L) Cθ(H+L) CVAR(H+L)Total TVA(H+L) TW(H+L) TPF(H+L) Tθ(H+L) TVAR(H+L)
I4I4(H+L)
Frequência de Linha (Hz)HZ(H+L)
20
Após o estudo do analisador e validação dos dados recebidos pela portas serial,
foi iniciada a busca por dispositivos portáteis que pudessem requisitar os dados do
analisador periodicamente - função de concentrador - e enviá-los para um servidor
de armazenamento de dados.
3.3 Escolha e estudo do concentrador
Na escolha do concentrador, considerou-se importante que o dispositivo, além de
portátil e com possibilidade de acesso à internet, dispusesse de uma interface USB
para se comunicar com conversor Prolific Serial/USB do analisador. O Raspberry
PI modelo B foi escolhido por satisfazer os requisitos, ter flexibilidade de utilização e
estar disponível na etapa inicial do projeto. Algumas características desse dispositivo
estão listadas abaixo.
• Computador do tamanho de um cartão de crédito
• SoC - Broadcom BCM2835
• ARM1176JZF-S de 700 MHz
• GPU VideoCore IV
• 512 MB de RAM
• Armazenamento em SD Card
• Resolução de vídeo: 1080p
• 2 USB/ 1 Ethernet/ 1 HDMI/1 RCA
O Raspberry PI pode ser encontrado no Ebay, <www.ebay.com>, por aproxima-
damente R$ 137,30 (Dólar = R$3,19) e, por ser um produto importado, o prazo de
entrega varia entre 30 e 60 dias. No Brasil, existem fornecedores em São Paulo com
produtos para entrega imediata. O minicomputador necessita do sistema operacio-
nal Linux para o seu funcionamento e a distribuição Raspbian, baseada no Debian
e otimizada para o dispositivo, foi utilizada. Por tratar-se de um computador, seu
uso é extenso e, além de gerenciar mais de um analisador de energia, possibilita a
implementação de futuras funcionalidades neste projeto.
21
O monitoramento da temperatura é feito por informações provenientes do sensor
digital modelo DS18B20, fabricado pela Dallas Semiconductor. É um dispositivo de
baixo custo cuja faixa de operação é de -55°C a +125°C, com precisão de ±0,5°C
dentro da faixa -10°C a +85°C. A escolha desse sensor foi baseada nas condições
operacionais recém-informadas e pela capacidade de integração com as portas de co-
municação, conhecidas como General Purpose Input/Output(GPIO), do Raspberry
PI. A alimentação do sensor pode ser feita pela porta de 3,3V e um resistor pull-up
de 4,7K Ohm foi necessário para o seu funcionamento. No Raspbian, os módulos do
kernel w1-gpio e w1-therm devem estar carregados para o funcionamento do sensor.
3.4 Acesso à internet
O acesso do concentrador à WAN pode ser efetuado por basicamente 3 (três) formas e
deve ser escolhido de acordo com os seguintes critérios: disponibilidade da rede local
da unidade, estabilidade do acesso à internet e custos. A seguir, são exibidas 3 (três)
soluções de comunicação para cenários que podem ser encontrados nas unidade.
Conexão por cabo de rede: caso a unidade disponha de cabo de rede com
acesso estável à internet no local onde o concentrador será instalado, essa conexão
torna-se a mais recomendada pela baixa possibilidade de interferência e redução de
custos com contratação adicional de provedor.
Conexão WI-FI: diante da ausência de cabos de rede e com a disponibilidade de
conexão sem fio, o concentrador poderá ser conectado à rede através de um adapta-
dor wireless USB e, desta forma, também possibilita reduzir custos com contratação
adicional de provedor.
Conexão móvel: antecipando-se às possíveis indisponibilidades de conexão à
internet nos locais de instalação do concentrador e com o uso de um modem 3G,
esse tipo de conexão também pode ser utilizado. A conexão móvel foi utilizada
durante as etapas de desenvolvimento e testes deste trabalho por geralmente possuir
maior latência e ser mais suscetível a quedas e interferências quando comparada
com as formas de conexões anteriores. Logo, um modem da marca D-Link e modelo
DWM156 foi integrado ao concentrador via porta USB.
22
3.5 Escolha da linguagem de programação e softwa-
res auxiliares
A distribuição Raspbian tem como padrão alguns pacotes pré-instalados, sendo al-
guns deles da linguagem de programação Python. Assim, pela disponibilidade e
facilidade de aprendizado, foi escolhido o Python para desenvolver o código respon-
sável pela comunicação do concentrador com o analisador de energia. A biblioteca
Pyserial, disponível em <http://pyserial.sourceforge.net/> ou pelo gerenciador de
pacotes do Debian, foi útil para facilitar as solicitações de dados do analisador e
modem 3G.
A linguagem Python também foi aplicada para comunicação com o sensor de
temperatura DS18B20 cujo código encontra-se disponível no site da universidade de
Cambridge através do endereço <https://www.cl.cam.ac.uk/projects/raspberrypi/
tutorials/temperature/>.
Comandos AT foram utilizados para requisitar do modem 3G a intensidade do
sinal da operadora e, por fim, a linguagem PHP juntamente com a notação de objeto
do Java Script (JSON) foram empregados na comunicação do concentrador com o
destino final dos dados, servidor do Teclim.
Os programas Usb_modeswitch, PPP e Wvdial foram utilizados para inicializar
o modem e estabelecer a conexão com a operadora de telefonia.
3.6 Montagem
A montagem dos equipamentos foi simplificada, sobretudo pelo uso do modem e o
conversor do analisador, os quais são dispositivos Plug & Play. Ao ser espetado na
porta USB, o modem 3G é reconhecido pelo sistema operacional como um drive
de CD-ROM virtual e deve ser convertido para a função modem com o programa
Usb_modeswitch. Após a conversão, os programas PPP e Wvdial são utilizados
para estabelecer a conexão com o provedor de internet. No que se refere ao sensor
de temperatura, a integração é feita através de uma das portas GPIO e a fonte de
alimentação de 3,3V é fornecida pelo próprio Raspberry Pi. A Figura 3.3 mostra o
projeto montado e em funcionamento.
23
Figura 3.3 – Sistema de telemetria em funcionamento
3.7 Envio de dados
Cuidados especiais foram levados em consideração no desenvolvimento dos códigos
responsáveis pela comunicação do concentrador com o servidor do Teclim. Esses
códigos, cliente-servidor, devem garantir a preservação dos dados mesmo em cone-
xões instáveis com a internet. Desta forma, utilizou-se o pior caso, conexão móvel
3G, nas etapas criação e testes dos códigos desenvolvidos, objetivando a criação de
estratégias que viabilizassem o uso de conexões instáveis. O envio de dados para o
servidor do Teclim segue o fluxograma da Figura 3.4.
24
Figura 3.4 – Estratégia de envio de dados
O código pode ser dividido em duas etapas: envio de todos os dados coletados
do analisador TES-3600 a cada 15 minutos para o servidor do teclim e envio do
consumo diário acumulado para o sistema Aguapura Vianet. Na primeira etapa, o
concentrador solicita os dados para o analisador, sensor de temperatura e modem 3G
em intervalos de 15 minutos através do agendador de tarefas do sistema operacional.
Em seguida, os dados são tratados e são disponibilizados para envio. Antes de serem
enviados, o concentrador testa a comunicação com a internet, caso disponível, os
dados são direcionados para o servidor do Teclim e, caso contrário, são armazenados
localmente em um arquivo buffer para posterior envio. O programa também conta
com a verificação de recebimento dos dados, certificando-se a cada envio se os dados
de medição foram recebidos e armazenados com sucesso pelo servidor do Teclim.
A segunda etapa é semelhante à primeira, mas difere na seleção dos dados,
destino e frequência de envio. O Aguapura Vianet, como visto na Seção1.1.1, não foi
desenvolvido com suporte para medições automática e, por isso, aceita somente um
registro de coleta por dia. Uma solução encontrada para contornar essa dificuldade
foi o acúmulo do consumo em kWh no concentrador a cada resposta do analisador.
Logo, ao receber uma medição do analisador, o concentrador seleciona o valor da
potência ativa, calcula o consumo e o acumula. Posteriormente, uma vez por dia, no
25
horário definido pelo Responsável da Unidade, o montante é enviado ao Aguapura
Vianet e instantaneamente os gráficos de consumo diário e mensal são atualizados.
Vale lembrar que essa metodologia estima o consumo de acordo com os valores
coletados em intervalos de amostragem de 15 minutos.
Após os estágios de montagem e comunicação concentrador-servidor, o período
de testes foi iniciado. Porém, prevendo as dificuldades no acompanhamento manual
dos dados transmitidos, foi desenvolvido um programa para visualizar e avaliar os
elementos armazenados no banco de dados.
3.8 Interface para conferência de dados
Destinado ao período de teste e conferência das medições recebidas, foi desenvolvida
uma interface, Figura 3.5, na qual são exibidas as informações sobre tensão, corrente,
potência ativa, potência reativa, potência aparente, fator de potência, ângulo de fase,
temperatura do local da medição e intensidade do sinal 3G da operadora de telefonia.
Essas informações puderam ser acompanhadas por gráficos, gerados com auxílio da
biblioteca gratuita Jpgraph disponível em <http://jpgraph.net/>, ou exportadas
em formato de planilha. Além da visualização, destacam-se também os recursos que
permitiram identificar ausência e repetições das medições.
Figura 3.5 – Visualização de dados recebidos
De forma mais simplificada, os dados puderam ser visualizados através de um
26
aplicativo mobile, Figura 3.6, compatível com o sistema operacional Android a partir
da versão 5.0(Lollipop). O aplicativo solicita do servidor a medição mais recente e
exibe-a em uma tabela com layout análogo ao display situado ao lado esquerdo da
Figura 3.5.
Figura 3.6 – Aplicativo mobile
3.9 Testes
Diversos ensaios têm sido realizados no sistema de telemetria com resultados satis-
fatórios. O último foi programado para se avaliar a comunicação cliente-servidor
e executado durante 7 (sete) dias - utilizando a conexão móvel 3G e com envios
a cada 5 (cinco) minutos - resultando em 2016 (dois mil e dezesseis) dados. Esse
montante equivale a uma memória de massa de 21 dias, para o intervalo entre en-
vios de 15 (quinze) minutos solicitado pelo Teclim. Através da interface de teste
constatou-se que todas as informações enviadas foram armazenadas com sucesso no
banco de dados e não houve dado duplicado. Além das memórias de massa, as esti-
mações diárias de consumo foram adicionadas ao Vianet. Na Figura 3.7, nota-se que
não houve acréscimo no valor do consumo pois o analisador não estava conectado à
rede elétrica, ou seja, nas informações transmitidas, com exceção da temperatura e
intensidade da operadora de telefonia, todas as outras variáveis foram nulas.
27
Figura 3.7 – Dados inseridos automaticamente no Vianet - (VIANET, 2015)
3.10 Identificação das restrições
Durante a fase de testes, foram identificadas 2 (duas) restrições operacionais no sis-
tema desenvolvido. Primeiramente, o Raspberry PI não possui um Real-Time Clock
(RTC), ou seja, não há controle de tempo presente quando o aparelho está desli-
gado. Para compensar essa limitação, quando o sistema operacional é inicializado
e há disponibilidade de internet, a atualização da data e horário ocorre via Nework
Time Protocol (NTP). Desta forma, para que a data da coleta esteja correta, é
essencial que haja disponibilidade de internet antes da primeira solicitação de medi-
ção. Para resolver esta restrição, deve-se garantir o acesso à internet na inicialização
do Raspberry Pi ou podem-se acoplar módulos movidos à bateria, como o Maxim
Integrated Products DS1307, que garantem data e hora atualizadas sempre que so-
licitado. Essa restrição não gerou problemas durante os testes, já que foi garantido
o acesso à internet na inicialização do sistema.
Por último, cuidados especiais devem ser tomados na utilização da internet móvel
3G. Uma das informações enviadas ao servidor do Teclim é a intensidade do sinal
da operadora de telefonia por tratar-se de uma variável importante para qualidade
do acesso à internet e, consequentemente, disponibilidade dos dados em tempo real.
Aconselha-se a escolha da operadora de telefonia cuja intensidade do sinal é maior
onde o concentrador será instalado.
28
Capítulo 4
Considerações finais
A telemedição é vista como uma alternativa para a solução dos problemas vivencia-
dos pelos usuários do Aguapura Vianet. Entretanto, com a eliminação do trabalho
manual de aquisição dos dados de consumo, é possível que haja uma gradual aco-
modação dos usuários. Logo, apesar da eliminação das lacunas e erros de medição,
cogita-se na diminuição dos acessos ao Aguapura Vianet. Para que esse cenário seja
evitado, além da conscientização, é necessário pensar em estratégias que atraia a
atenção dos usuários e, através delas, que se intensifique a busca por oportunidades
de redução de consumo. O Aguapura Vianet utiliza o correio eletrônico como o
principal meio de comunicação e alertas, entretanto, apesar de ser uma ferramenta
essencial, acredita-se que não seja suficiente para atrair a atenção dos atuais e novos
utilizadores. Soluções interativas são propostas na Seção 4.3 e poderão ser desen-
volvidas em trabalhos futuros.
Outra consideração diz respeito ao uso do analisador TES-3600. Esse equipa-
mento permitiu iniciar o estudo da implantação da telemetria no Aguapura Vianet
e, ao mesmo tempo, atende a demanda da equipe técnica do Teclim de visualizar em
tempo real os dados que compõem as memórias de massa das unidades. Contudo, é
um equipamento que custa em média R$ 8.000,00 e, além de ser superdimensionado
para algumas unidades, pode inviabilizar a implantação da telemetria. Apesar disso,
encontram-se disponíveis no mercado medidores trifásicos a partir de R$290,00 (du-
zentos e noventa reais) com interface pulsada através da qual se aplica a medição
indireta. Mesmo sendo mais simples, esses medidores podem fornecer valores mais
próximos ao da concessionária, uma vez que,neste projeto, se utiliza o analisador
para estima o consumo em intervalo de amostragem de 15 (quinze) minutos e o
medidor geralmente é programado para emitir um pulso a cada valor fixo em kWh
29
consumido.
Ainda que se utilize outro equipamento de medição, é possível manter o Rasp-
berry Pi como concentrador. Em virtude das 17 (dezessete) portas GPIO, estima-se
que seja possível ler o consumo de até 10 (dez) medidores com saída pulsada. Assim,
na Tabela 4.1, admitindo-se a capacidade máxima estimada, foi feito um estudo de
investimento inicial para 10 (dez) pontos de consumo.
Tabela 4.1 – Investimento inicial para 10 unidades
Componentes Quantidade Valor unitário (R$) Valor total (R$)
Raspberry Pi (Dólar = R$3,19) 1 137,30 137,30
Medidor trifásico 10 290,00 2.900,00
Sensor de temperatura DS18B20 1 35,00 35,00
Modem 3G 1 90,00 90,00
Fonte 5V/2A 1 50,00 50,00
Outras despesas 1 50,00 50,00
Total 3.262,30
Valor por unidade 326,23
4.1 Resultados
O sistema desenvolvido neste trabalho ainda não foi aplicado nas unidades assistidas
pelo Teclim e, consequentemente, não atingiu um dos anseios principais: redução do
consumo. Contudo, o recurso necessário para tal conquista, ou seja, prover dados
periódicos e consistentes ao Aguapura Vianet, foi fornecido. Para comprovação dos
resultados, gráficos foram gerados a partir dos parâmetros, obtidos remotamente em
intervalos de 5 (cinco) minutos, da rede elétrica de um edifício residencial. Os gráfi-
cos das Figuras 4.1, 4.2 e 4.3 foram gerados a partir da interface de teste apresentada
na Seção 3.8, já que através do Aguapura Vianet ainda não é possível.
30
Figura 4.1 – Gráfico da Variação da Potência Ativa - Fase A
De posse das memórias de massa, foi feito um estudo do quanto a iluminação das
áreas comuns influencia na conta de energia. Em média, as lâmpadas ficam acesas
por 12 horas, das 17 horas às 5 horas, e são responsáveis por aproximadamente
9,3% do consumo total do prédio. Esse estudo pode ser estendido, permitindo atuar
diretamente nos equipamentos que mais consomem energia, ou até mesmo estimar o
consumo de água pela utilização da bomba hidráulica. Na Figura 4.2 encontra-se o
gráfico que representa, entre 6h05min e 7h20min, o aumento da potência ativa total
motivado, principalmente, pelo acionamento de uma das bombas do edifício.
Figura 4.2 – Gráfico da Variação da Potência Ativa total
Assim como as informações da rede elétrica, os dados de temperatura do local
da medição, Figura 4.3, foram transmitidos e armazenados com sucesso.
31
Figura 4.3 – Gráfico da Variação da Temperatura
Quanto às medições diárias enviadas ao Aguapura Vianet, o sistema de telemedi-
ção mostrou resultados desde a primeira coleta enviada automaticamente. Segundo
a tabela da Figura 4.4, selecionado o grupo de unidades no qual as residências são
cadastradas, o edifício apresentou a décima melhor participação do semestre vigente.
Figura 4.4 – Classificação do edifício no primeiro envio automático - (VIANET, 2015)
Ao longo de 4 (quatro) dias as estimativas de consumo foram enviadas ao Agua-
pura Vianet de forma automática e o gráfico de médias diárias foi atualizado, Figura
4.5.
32
Figura 4.5 – Gráfico das médias diárias para quatro medições automáticas - (VIANET, 2015)
4.2 Conclusões
Aspectos relacionados ao uso crescente da energia elétrica, assim como esforços e re-
sultados de programas que objetivam conscientizar os consumidores quanto ao uso
racional do recurso, foram abordados no presente estudo. Foi apresentado também
o sistema Aguapura Vianet, o qual tem proporcionado resultados significativos para
as unidades assistidas pelo Programa Aguapura. As informações disponibilizadas
pelo Aguapura Vianet dependem diretamente da quantidade e qualidade dos da-
dos de consumo inseridos e muitas unidades têm dificuldades em manter o mínimo
requerido. Como exemplo, foram feitas análises das classificações de unidades da
UFBA e detectou-se que 96% estão inseridas no grupo "não participantes". Foram
destacadas também as necessidades da equipe técnica do Teclim, presença de coletas
erradas causadas por erros humanos, dificuldades dos RUs com a medição direta e
gasto desnecessário de energia no final de semana.
Como solução dos problemas levantados, iniciou-se o desenvolvimento de um sis-
tema baseado nos conceitos da telemetria. O analisador TES-3600, responsável pela
criação das memórias de massa das unidades, foi disponibilizado pelo Teclim como
forma de minimizar os investimentos iniciais deste projeto e atender às necessidades
da equipe técnica. A escolha dos demais equipamentos foi baseada nas condições
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operacionais, custos e flexibilidade de uso.
O sistema desenvolvido foi testado com intervalo de envio 3 (três) vezes menor
que o solicitado pelo Teclim e apresentou resultados exitosos. Apesar de instabi-
lidades em conexões móveis 3G, o software desenvolvido no concentrador garantiu
que todos os parâmetros disponibilizados pelo analisador, intensidade do sinal da
operadora e temperatura no local de medição fossem armazenados no servidor de
destino com sucesso. Para tanto, foi necessário obedecer às restrições identificadas.
Mesmo que este trabalho não tenha gerado redução no dispêndio de energia, já
que, de fato, ainda não foi aplicado em nenhuma unidade assistida pelo Teclim, resul-
tados significativos são esperados pela melhor disponibilidade de dados de consumo.
Além disso, acredita-se que a telemetria, associada a uma ferramenta de alertas e a
um programa de conscientização, possibilite aos consumidores intensificar a busca
por novas oportunidades de redução de perdas e desperdícios de energia elétrica.
4.3 Recomendações
Existem amplas possibilidades para trabalhos futuros através deste. A primeira, e
talvez mais emergencial, está relacionada à expansão das funcionalidades do Agua-
pura Vianet para disponibilizar o acesso dos usuários às memória de massa.
Pode-se também desenvolver o estudo da integração dos medidores de saída pul-
sada ao concentrador, fato que permitirá maior abrangência da telemedição.
Faz-se igualmente necessário desenvolver meios de comunicação alternativos e in-
terativos para acompanhamento do consumo. Graças à popularidade de smartpho-
nes, é possível desenvolver ferramentas eficazes, imediatas e de baixo custo para
disponibilizar informações e conquistar a atenção dos usuários, como aplicativos
mobile, alertas por SMS e Whatsapp. Essas ferramentas podem ser utilizadas para
notificar os usuários em caso de situações indesejadas ou variações inesperadas de
consumo, a exemplo da situação exibida na Seção 1.1.2 na qual um aparelho de
ar condicionado foi esquecido ligado durante um final de semana. Aproveitando-
se o ensejo, por meio da integração de módulos relés na GPIO, torna-se exequível
o controle sobre o acionamento de dispositivos, podendo ser ligados e desligados
remotamente.
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Há também a possibilidade de acoplar monitores no Raspberry Pi e, assim, per-
mitir a criação de interfaces para visualização in loco do consumo. Essa proposta
pode ser utilizada para exibição do consumo em áreas comuns de prédios e, de forma
mais descontraída, em instituições de ensino para práticas de educação ambiental
infantil.
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Referências
ALVES, J. M. da C. S. Telemedição: As Telecomunicações Impulsionando aEnergia. 2011. <http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtelemed/default.asp>.[Online; acessado 21-Maio-2015].
ANEEL. Atlas de Energia Elétrica do Brasil. 3. ed. Brasília: [s.n.], 2007.<http://www.aneel.gov.br/visualizar_texto.cfm?idtxt=1689>.
AURéLIO, D. Conceito de telemetria. 2015. <http://dicionariodoaurelio.com/telemetria>. [Online; acessado 21-Maio-2015].
FRIAS, R. N. ZigBee. 2004. <http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Fibraspticas-ConceitoseComposio.html>. [Online; acessado 26-Junho-2015].
LAMIN, H. MEDIÇÃO ELETRÔNICA EM BAIXA TENSÃO: ASPECTOSREGULATÓRIOS E RECOMENDAÇÕES PARA IMPLANTAÇÃO. 2009.
PEREIRA, R. J. G. Fibras ópticas e WDM . 2008. <http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Fibraspticas-ConceitoseComposio.html>. [Online; acessado26-Junho-2015].
QUADROS, A. A. dos S. et al. Sistema de apoio gestão da demanda e uso racionalda água em edificações públicas: AGUAPURA VIANET. 2011.
SILVA, C. A. da. PROGRAMA DE RACIONALIZAÇÃO DO CONSUMO DEENERGIA E O CONTROLE DE GASTOS DESSES RECURSOS. 2012.
VIANET, A. Programa de Uso Racional da Água e Energia. 2015. <http://teclim.ufba.br/aguapura>. [Online; acessado 31-Maio-2015].
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