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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM REFRIGERAÇÃO DE AR PARA APLICAÇÃO RESIDENCIAL OU INDUSTRIAL UTILIZANDO O MICROCONTROLADOR
ARDUÍNO.
Paulo Áquila Sin Young An1
Paulo Alberto Mouzinho2
Livia da Silva Oliveira 3
RESUMO Englobando várias temas a cerca dos avanços tecnológicos, encontra-se a necessidade do homem para a melhoria do seu bem estar e qualidade de vida, requisitos mínimos para que as tecnologias emergentes e evolutivas continuem crescendo. Porém não só a qualidade de vida e bem estar do ser humano, como tambem a eficiência em todo o seu sentido latto é indispensável para que ao pensar em avanço tecnológico. Na área de energia elétrica, o custo da energia gerada pelas hidrelétricas vem aumentando desde o ano de 2013 para o Norte brasileiro, chegando no ano de 2019 com o preço de R$ 0,9414 por kw/h para março. Mais que o dobro do preço da energia em kw/h no mesmo mês no ano 2017. Por conta disso projetos para redução de custo e eficiência energética vêm crescendo cada vez mais no mercado de consumo de energia elétrica. O projeto desse artigo foca principalmente no controle exato dos sistemas de refrigeração do local em questão, e na facilidade de programar o horário de funcionamento dos mesmos. Garantindo assim o consumo inteligente e consciente da energia elétrica e a facilidade no controle. Palavras-Chave: Microcontrolador, Arduíno, Eficiência Energética. ABSTRACT Assembling several thematic tasks within technological advances, we find the man’s need to improve the well-being and life quality, pre-requisites to emerging technologies grow continuously. However, not just the quality of life and human well-being, but also the efficiency in all its meaning is essential if one is to think of technological advances. Among the area of electric energy, the cost of energy generated by the water only grows since 2013, North of Brazil. In the year of 2019, the price reaches at R$ 0.9414 per kw / h for March. More than double the price of energy in kw / h in the same month on year 2017. Because of this, projects of cost reduction and energy efficiency increasingly growing on electricity market. The project of this article mainly focus on the exact control of the refrigerating systems, and the easiness of programing the schedule of the same. Ensuring intelligent and conscious use of electrical power and ease of control. Key words: Microcontroller, Arduino, Energy Efficiency.
____________________________________ 1 Discente de Engenharia Elétrica. Centro Universitário FAMETRO, Manaus, Amazonas, Brasil. 2 Esp. Automação Industrial – UNIP, Professor do Centro Universitário Fametro, Manaus – Amazonas. 3 MSc. em Ciências Ambientais pela Universidade Federal do Pará – UFPA, Professora do Centro Universitário FAMETRO – CEUNI, Manaus – AM
2
1. INTRODUÇÃO
Com o avanço da tecnologia ao longo dos anos, a dependência dos seres humanos para com
as máquinas em tarefas rotineiras básicas à complexas com a finalidade de um maior conforto
e praticidade, aumenta ao mesmo passo. E com ela a maior interação entre os as pessoas e
as máquinas.
Haja vista o grande avanço tecnológico, uma área bastante útil, embora pouco explorada, é a
automação residencial. Que compreende máquinas sendo capazes de controlar, com
independência dos homens, sistemas residenciais como exemplo o sistema de refrigeração e
de iluminação. Controle programado de quando deve ser ligado ou desligado um
condicionador de ar ou controle automático da intensidade luminosa de uma lâmpada do local
desejado, ambas aplicações com a finalidade do conforto e eficiência em termos energéticos.
E o projeto a seguir visa em controlar os sistemas refrigeração, seja em residência, industria,
escritorios ou até mesmo nas faculdades. O controle será projetado para ser realizado por
programação embarcado no mi/crocontrolador com a opção de comunicação via wireless de
qualquer local do mundo, contanto que esteja conectado a rede do microcontrolador.
Os controles serão baseados em comandar os sistemas de refrigeração, acionamento e
desligamento automático programado em função da hora do dia, e através de programa por
tempo de funcionamento (Timer). O desafio aqui e estabelecer a conexão com um módulo do
arduíno capaz de entender a voz humana ou sons característicos e processar conforme os
comandos realizados pela mesma.
Com isso, o projeto garante o conforto que muitas pessoas hoje buscam, controles remotos
se tornam obsoletos e a sua voz transforma-se em uma ferramenta de programação. Além do
conforto que o projeto proporciona, outro foco é a economia em energia elétrica, o projeto
também tornará os sistemas de refrigeração mais eficientes, uma vez que o acionamento e
desligamento são realizados em períodos de tempo fixos.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Baseado nos conceitos de automação residencial, onde os projetos de automação são feitos
a partir da planta e antes da construção do local que se deseja automatizar, o projeto a seguir
3
tem como objetivo estudar os meios, em primeira instância, e aplicar tais meios para
automatizar sistemas da residência já construída. Uma vez que é totalmente possível acoplar
um microcontrolador em questão, o Arduíno, aos sistemas eletrônicos do local.
A infinidade de aplicações do Arduíno é reconhecida, por ser uma plataforma de prototipagem
de hardware livre e de placa única, possibilitando ao usuário uma manipulação do mesmo
acoplando módulos ao microcontrolador para funções específicas.
Para o projeto, far-se-á necessária a utilização de alguns módulos específicos para o Arduíno,
módulos esses de controle e análise das funções em questão.
2.1 MICROCONTROLADOR – ARDUÍNO
Antigamente, para se confeccionar um circuito interativo, era necessário realizar projetos do
zero para uma aplicação específica. Para se fazer pequenas alterações nas funcionalidades
do circuito era necessário um estudo crítico e muito trabalho.
Com o aparecimento dos microcontroladores, foi possível que problemas, antes tratados com
hardware, fossem tratados usando software de computadores. Dessa forma, um mesmo
circuito poderia tomar funções totalmente diferentes, com a reprogramação e alteração de
alguns parâmetros do programa.
Mas mesmo assim, trabalhar com microcontroladores não é tão comum. Desta forma, um
grupo de pesquisadores italianos teve a ideia de fazer um dispositivo que tornasse o seu uso
simples e acessível a qualquer um. O resultado foi o Arduino.
Segundo o website oficial do Arduíno (https://www.arduino.cc/, 2018), traduzido:
“Arduino é uma plataforma open-source de prototipagem eletrónica com hardware e software flexíveis
e fáceis de usar, destinado a artistas, designers, hobbistas e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou
ambientes interativos.”
Ou seja, o Arduino é uma plataforma formada por dois componentes: A placa
(Hardware), utilizado para construir o projetos e o Arduino IDE (Software que grava a
programação).
A maior vantagem dessa plataforma de desenvolvimento sobre as demais é a sua facilidade
de utilização, por exemplo: pessoas que não são da área técnica podem aprender o básico e
criar seus próprios projetos em um intervalo de tempo relativamente curto.
4
Em termos práticos, o Arduino é um pequeno computador que pode programar para processar
entradas e saídas entre o dispositivo e os componentes externos ligados a ele, interagindo
com o ambiente por meio de hardware e software. Para programar o Arduino (fazer com que
ele realize o que usuário deseja), utiliza-se seu IDE (Ambiente Integrado de
Desenvolvimento), que é um software onde podemos escrever um código numa linguagem
semelhante a C/C++ que será traduzida, após a compilação, num código compreensível
pelo Arduino.
Por exemplo, um uso simples de um Arduino é acender uma luz por certo intervalo de tempo
(ex.: 30 segundos) depois que um botão fosse pressionado. Neste exemplo, o Arduino teria
uma lâmpada e um botão interligado nas suas entradas/saídas. O circuito aguardaria
pacientemente até que o botão fosse pressionado; uma vez pressionado o botão, acenderia
a lâmpada e iniciaria a contagem. Depois de 30 segundos, apagaria a lâmpada e aguardaria
um novo pressionar do botão. Pode-se utilizar essa configuração para controlar uma lâmpada
em um quarto ou sala específica, por exemplo.
Esse conceito poderia ser estendido pela conexão de um sensor, como um sensor de
movimento, para acender a lâmpada quando uma pessoa entrasse na sala. Outros inúmeros
projetos podem ser feitos com o Arduino, como um painel solar que se move de acordo com
a incidência do sol, uma planta que manda uma mensagem em redes sociais ou e-
mails quando precisar ser regada, uma caixa de brinquedos aberta por leitura de impressão
digital, um robo espião sem fios, entre muitos outros.
2.2 ELEMENTOS DO MICROCONTROLADOR ARDUÍNO
Microcontrolador: É o cérebro do Arduino. Este é o dispositivo programável que roda o
código que enviamos à placa.
Conector USB: Conector que conecta o Arduino ao computador além de alimentar a placa.
Pinos de Entrada e Saída: Pinos que podem ser programados para agirem como entradas
ou saídas fazendo com que o Arduino interaja com o meio externo.
Pinos de Alimentação: Fornecem diversos valores de tensão que podem ser utilizados para
transmitir energia elétrica aos componentes do seu projeto.
Botão de Reset: Botão que reinicia o dispositivo.
Conversor Serial-USB e LEDs TX/RX: O conversor Serial-USB permite que o
microcontrolador e o computador se comuniquem, nesta placa o microcontrolador
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Atmega16U2 é programado para agir como conversor. Os LEDs TX e Rx acendem quando o
Arduino está transmitindo e recebendo dados pela porta serial respectivamente.
Conector de Alimentação: Permite com que uma fonte alimente a placa. Caso o Arduino
esteja sendo alimentado pela porta USB e por uma fonte o hardware seletor escolherá
automaticamente a melhor fonte.
LED de Alimentação: Indica se a placa está a transmitir energia.
LED Interno: LED ligado ao pino digital 13.
2.3 FUNCIONAMENTO DO ARDUÍNO E SEUS MÓDULOS
O Arduino, segundo Fabio Costa (2015) em seu artígo para Bussola Digital, foi criado em 2005
por um grupo de 5 pesquisadores: Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca
Martino e David Mellis. O objetivo era elaborar um dispositivo que fosse ao mesmo tempo
barato, funcional e fácil de programar, sendo dessa forma acessível a estudantes e projetistas
amadores. Além disso, foi adotado o conceito de hardware livre, o que significa que qualquer
um pode montar, modificar, melhorar e personalizar o Arduino, partindo do mesmo hardware
básico.
Assim, foi criada uma placa composta por um microcontrolador Atmel, circuitos de
entrada/saída e que pode ser facilmente conectada à um computador e programada via IDE
(Integrated Development Environment, ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado) utilizando
uma linguagem baseada em C/C++, sem a necessidade de equipamentos extras além de um
cabo USB.
Depois de programado, o microcontrolador pode ser usado de forma independente, ou seja,
você pode colocá-lo para controlar um robô, uma lixeira, um ventilador, as luzes da sua casa,
a temperatura do ar condicionado, pode utilizá-lo como um aparelho de medição ou qualquer
outro projeto que vier à cabeça.
Os módulos são placas que contém componentes eletrônicos, alguns até compondo circuitos
microcontrolados, para utilizar com o Arduíno. Como por exemplo módulo relé, cuja finalidade
é de proteger contra correntes reversas, led para indicar acionamento no arduíno e os pinos
para alimentação e utilização com o Arduíno.
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O shield é uma placa de expansão de hardware que se encaixa ao Arduíno, fazendo um
(sanduíche), a intenção do shield é acoplar a placa principal funções que mesma não tem e
um dos shields mais utilizados é o shield Ethernet.
Só de visualizar a imagem é possível distinguir o Shield e o Módulo, bom um você encaixa
na placa principal e o outro você utilizará pinos do Arduíno para realização de acionamento
ou leitura de algum dado.
2.4 CÁLCULO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA
O arduíno, assim como qualquer outro equipamento ou eletrônico, possui uma potência
representada em Watt, em homenagem ao grande matemático e engenheiro britânico James
Watt. Comumente a pontência de cada equipamento elétro-eletrônico é informada
explicitamente estampada no produto ou na embalagem do produto. Para todos os casos, o
cálculo e a medição da potência será de extrema importância para acompanhar o consumo
do sistema de refrigeração em questão, assim como o cálculo em um sistema macro de
sistema de refrigeração (exemplo: sistema de refrigeração do Centro Universitário FAMETRO
- CEUNI).
Para que o cálculo e os conhecimentos necessários para medição do consumo da energia
elétrica sejam realizada da forma mais eficiente e correta. O conhecimento acerca dos
fundamentos de circuitos elétricosse tornam indispensáveis.
2.4.1 CARGA E CORRENTE
A carga elétrica é a quantidade mais elementar em um circuito elétrico. O efeito da carga
elétrica se torna presente em todos os elementos do mundo, assim como todas as partículas,
células, átomos etc, possuem uma carga elétrica intrinsica de seu elemento, seja positiva,
negativa ou até mesmo neutra. Sendo alguns elementos portadores de maior carga elétrica
acima de outros. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a carga elétrica é representada
em Coulombs (C), em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.
A corrente elétrica, por sua vez, é a movimentação em uma direção dessa carga elétrica
exercída através de uma força elétrica externa (chamada de força eletromotriz - fem),
formando-se um fluxo de corrente elétrica por unidade de tempo, medido em Ampères (A). E
7
uma vez se fazendo conhecer desses elementos elétricos, é possível relacioná-los atráves da
equação 1 abaixo,
𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 =𝑑𝑞𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑚 𝐶
𝑑𝑡𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑚 𝑠
equação 1. Representação matemática da corrente i em A (Ampères), relacionando a carga q em C e
tempo t em s.
2.4.2 TENSÃO OU DIFERENÇA DE POTENCIAL
Outro elemento imprescindível para o cálculo do consumo de energia elétrica é chamada de
tensão ou diferença de potencial, como comentado no item anterior, a tensão é a força
exercida em cima da carga elétrica capaz de deslocar para um sentido, gerando assim o fluxo
elétrico que por sua vez gera uma diferença de potencial entre um ponto que a força é exercida
e outro. No sistema internacional de unidade a tensão é representada pela letra V (Volt), em
homenagem ao físico italiano, Alessandro Antonio Volta. Matematicamente relacionado pela
energia em J (Joule), pela carga q, como mostra a equação 2 abaixo,
𝑣𝑎𝑏 =𝑑𝑤𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑚 𝐽
𝑑𝑞𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑚 𝐶
equação 2. Representação matemática da tensão em V, aplicada em um ponto a ao ponto b.
2.4.3 POTÊNCIA E ENERGIA
Por fim, uma vez que se faz conhecida os dois elementos mais básicos de um circuito elétrico,
a corrente e a tensão, faz-se possível o cálculo da potência e o quanto que um dispositivo
elétrico é capaz de manipular. A velocidade com que se consome ou absorve energia se
transcreve como potência, representada em Watts (W), representada matemática pela
equação 3 abaixo,
𝑝𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 =𝑑𝑤𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑚 𝐽
𝑑𝑡𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑚 𝑠
equação 3. Representação matemática da potência elétrica em W (Watts), relacionando a energia em
J (Joules) com a corrente elétrica em A.
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Essa medida é de suma importância para o cálculo do consumo de energia elétrica ao longo
do mês. Por definição, a relação da tensão ou diferença de potencial multiplicada pela corrente
elétrica gera uma potência elétrica instantâneo no local em questão, matematicamente
representada pela equação 4 e 5 a seguir, uma vez que relaciona-se as equações 1, 2 e 3,
𝑝 =𝑑𝑤
𝑑𝑡=
𝑑𝑤
𝑑𝑞 .
𝑑𝑞
𝑑𝑡= 𝑣. 𝑖
equação 4. Equação matemática relacionando as equações da carga (equação 1), da tensão
(equação 2) e da potência (equação 3).
Ou,
𝑝𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡â𝑛𝑒𝑎 = 𝑣𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑒𝑚 𝑉 . 𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑚 𝐴
equação 5. Representação matemática da potência elétrica em W (Watts), relacionando a tensão em
V com a corrente elétrica em A.
Com todos os elementos básicos necessários para o cálculo do consumo de energia elétrica
conhecidos, o método para tal se torna trivial uma vez que a potência do aparelho eletro-
eletronica já é discriminado. A equação 6, representa a forma para calcular o consumo de um
aparelho por mês,
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚ê𝑠 =𝑝𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙ℎ𝑜 𝑒𝑚 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 . ℎℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚ê𝑠
1000
equação 6. Representação matemática para cálculo do consumo por mês de um equipamento,
aparelho ou um conjunto de elementos eletro-eletrônicos. Representado em kW.h.
Ao multiplicar a medida em kW.h pelo seu valor em reais, dados fornecidos pela
concessionária e gerenciados pela ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica, tem-se o
valor em reais da conta de energia a se pagar pelo consumo durante o mês de uso. Exemplo:
uma lâmpada de 100W, se ligado todos os dias dentro do mês de Abril em uma média de 8h
por dia,
𝑝 = 100𝑊;
ℎ = 8 . 30 = 240ℎ 𝑛𝑜 𝑚ê𝑠 𝑑𝑒 𝐴𝑏𝑟𝑖𝑙;
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 =100𝑊 . 240ℎ
1000= 24𝑘𝑊. ℎ
9
Caso o valor de cada kW.h consumido esteja estabelecido em 1 real, o valor médio total a se
pagar no final do mês pelo consumo apenas dessa lâmpada é de 24 reais.
3. METODOLOGIA
Para a realização de tal projeto, foi-se necessário o estudo para obtenção de conhecimento
sobre o microcontrolador arduíno e cada módulo que compôs o projeto. Em seguida integrou-
se cada componente através do conhecimento de programação na linguagem do Arduíno,
que em sua maior parte, é no ambiente de Linguagem C. Além dos requisitos eletrônicos
parametrizando as tensões de entrada e saída de cada componente, assim como suas
ligações no circuito.
Após o levantamento de todos esses dados, como segunda parte, foi realizado a montagem
do circuito protótipo baseado na necessidade de controlar os sistemas de refrigeração. Testes
em led’s (Light Emitting Diode’s) foram feitos antes da aplicação nos circuitos do local de
estudo. Tais testes estão fundamentadas no acionamento e desligamento dos led’s de teste
através de relés eletromecânicos ativados por comandos elétricos enviados pelo
microprocessador.
Outro fator importante foi realizar um levantamento de quantas unidades condicionadoras se
deseja controlar. O microcontrolador foi setado para controlar 2 unidades refrigeradoras ao
mesmo tempo.
O projeto foi testado, pelo protótipo (amostrado na figura 2), em sistema de refrigeração de
uma sala da Faculdade Metropolitana de Manaus. Os dados coletados estão sob análise e
será publicados em artigo de revista científica dentro da área de estudo do mesmo.
Uma vez que o protótipo funciona em estado bom (> resultados esperados), ele está pronto
para ser reaplicado para o restante dos sistemas de refrigeração que se deseja aplicar
(amostrado na figura 1).
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Fluxograma do projeto reaplicado em um sistema de refrigeração goblal
Figura 1 – autoria própria, 2018. Diagrama em Blocos representando o funcionamento global do microcontrolador para acionar e controlar os sistemas de refrigeração.
Fluxograma para caso de aplicação em projeto protótipo
Figura 2 – autoria própria, 2018. Diagrama em Blocos representando o funcionamento global do
microcontrolador protótipo para acionar e controlar um condicionador de ar.
Módulo de Comando de Voz
Microcontrolador (Arduíno)
Módulo Wireless Rede Local
Voz Smartfone
USUÁRIO
Banco de Relés (n - Relés)
n - ligações
Display para resposta ao usuário
Arcondicionado 1
Arcondicionado 2Arcondicionado 2
Arcondicionado 3
Arcondicionado 4
Arcondicionado p Iluminação q
Iluminação 4
Iluminação 3
Iluminação 2
Iluminação 1
Dimerizador (Triac)
Condicionador de Ar 1
Condicionador de Ar 2
Condicionador de Ar 3
Condicionador de Ar 4
Condicionador de Ar n
Módulo de Comando de Voz
Microcontrolador (Arduíno)
Módulo Wireless Rede Local
Voz Smartphone
USUÁRIO
Banco de Relés (2 relés)
Display para resposta ao usuário
Condicionador de Ar
Módulo de Comando de Voz
Microcontrolador (Arduíno)
Módulo Wireless Rede Local
Voz Smartfone
USUÁRIO
Banco de Relés (n - Relés)
n - ligações
Display para resposta ao usuário
Arcondicionado 1
Arcondicionado 2Arcondicionado 2
Arcondicionado 3
Arcondicionado 4
Arcondicionado p Iluminação q
Iluminação 4
Iluminação 3
Iluminação 2
Iluminação 1
Dimerizador (Triac)
11
Estrutura em linguagem de programação C - Arduíno
Após o sistema elétrico ser montado, foi necessário a programação em script a fim de
embarcar ao microcontrolador arduíno. A programação em linguagem C, seguiu o fluxo da
rotina descrita abaixo (e conforme apêndice A):
Coleta de dados de consumo do sistema de refrigeração
O processo da coleta de dados compreendido no escopo desse estudo foi realizado a partir:
1. Da seleção do local onde o sistema de refrigeração específico está instalado - “sala
de aula número 24, do segundo andar da unidade II, Centro Universitário FAMETRO”;
2. Dos horário normais de funcionamento, média de consumo compreendido entre os
horário de 8:00h às 12:00h e 18:00h às 22:00h, trabalhando durante os 30 dias do mês
– como amostrado na tabela 1 e 2;
3. Do total médio de consumo de energia calculado durante o mês de Janeiro de 2019
em KWh, foi de R$142,29 (uma vez que o preço do KWh em Manaus no mês de
Janeiro de 2019 foi de R$ 0,9414).
Com os parametros acima coletados, foi possível o cálculo e medição da eficiência energética
gerada entre o consumo anterior à aplicação do sistema de controle de refrigerador de ar e
depois da aplicação do mesmo.
Programou-se então o relógio digital do sistema para que trabalhasse apenas entre os
horários de 8h às 12h e 18h às 22h. Totalizando o funcionamento de um único sistema de
refrigerador de ar para 8h. As medições foram foram feitas nos 30 dias a partir do
funcionamento programado do microcontrolador instalado no sistema de refrigeração do local
de estudo.
4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Com ambos os dados coletados de energia consumida em KWh para 30 dias do mês de
Janeiro de 2019, amostrados na tabela 1 e 2, e 30 dias de consumo com a instalação do
Interação com usuário
(Programar horário via app /
início e fim)
Módulo RTC aguarda o
horário de início e ativa o relé
Contador inicia a contagem até o
horário programado de
fim
Contador chega ao horário de fim e desativa o relé
12
microcontrolador programado para trabalhar dentro de 8 horas fixas. Foi possível calcular o
diferênça entre os dois meses no consumo de energia total.
É notável a diferênça entre o as horas totais de funcionamento do sistema de refrigeração
com o microcontrolador instalado e sem, a diferença pode ser notada no gráfico 1, onde a
eficiência está na área da diferênça entre o horário de funcionamento com o microcontrolador
e a média de funcionamento sem o microcontrolador (representado em linha pontilhada no
gráfico 1),
Gráfico 1 – autoria própria, 2019. Medição do funcionamento do sistema de refrigeração, eixo x
representa os dias medidos, eixo y representa o funcionamento em horas.
Dia Início 1 Fim 1 Início 2 Fim 2 Tempo utilizado Hora
1 08:00 12:00 18:45 22:45 08hrs 45 min 8,75
2 07:50 11:50 18:30 22:30 08hrs 40 min 8,66
3 08:10 12:10 18:00 22:00 07hrs 50 min 7,83
4 08:00 12:00 18:00 22:00 08hrs 8
5 07:30 11:30 18:00 22:00 08hrs 30min 8,5
6 08:30 12:30 18:40 22:40 08 hrs 10 min 8,16
7 07:50 11:50 18:40 22:40 08 hrs 50 min 8,83
8 07:40 11:40 18:50 22:50 09 hrs 10 min 9,16
9 08:00 12:00 18:15 22:15 8 hrs 15 min 8,25
10 08:00 12:00 18:20 22:20 8 hrs 20 min 8,33
11 08:30 12:30 18:40 22:40 8 hrs 10 min 8,16
12 08:00 12:00 18:45 22:45 08hrs 45 min 8,75
13 07:30 11:30 18:00 22:00 08hrs 30min 8,5
14 07:50 11:50 18:30 22:30 08hrs 40 min 8,66
15 07:50 11:50 18:40 22:40 08 hrs 50 min 8,83
Dia Início 1 Fim 1 Início 2 Fim 2 Tempo utilizado Hora
16 08:10 12:10 18:00 22:00 07hrs 50 min 7,83
17 07:50 11:50 18:30 22:30 08hrs 40 min 8,66
18 07:00 11:00 18:30 22:30 09 hrs 30 min 9,5
19 08:00 12:00 18:00 22:00 08hrs 8
20 07:50 11:50 18:30 22:30 08hrs 40 min 8,66
21 08:00 12:00 18:45 22:45 08hrs 45 min 8,75
22 08:10 12:10 18:40 22:40 08hrs 30 min 8,5
23 08:10 12:10 18:00 22:00 07hrs 50 min 7,83
24 08:00 12:00 18:45 22:45 08hrs 45 min 8,75
25 08:00 12:00 18:00 22:00 08hrs 8
26 07:50 11:50 18:30 22:30 08hrs 40 min 8,66
27 07:50 11:50 18:30 22:30 08hrs 40 min 8,66
28 07:30 11:30 18:00 22:00 08hrs 30min 8,5
29 08:00 12:00 18:45 22:45 08hrs 45 min 8,75
30 07:40 11:40 18:50 22:50 09 hrs 10 min 9,16
Tabela 1 – autoria própria, 2019. Coleta de dados de consumo de energia em KWh compreendido nos 15 primeiros dias de Jeneiro de 2019.
Tabela 2 – autoria própria, 2019. Coleta de dados de consumo de energia em KWh compreendido nos 15 dias restantes de Jeneiro de 2019.
13
A eficiência energética é notada também no gráfico 2 abaixo, onde é notória a diferença entre
o consumo de energia do sistema de refrigeração com o microcontrolador programado
instalado e a média de consumo do sistema de refrigeração sem o microcontrolador.
Gráfico 2 – autoria própria, 2019. Consumos totais em reais do sistema de refrigeração com e sem o
microcontrolador programado no mês de Janeiro’19 e Fevereiro’19 respectivamente.
Por fim, obteve-se uma economia de R$ 9,2 para 1 mês, o que equivale a
aproximadamente 6% em eficiência energética para o sistema de refrigeração do local
de estudo.
Fotos do protótipo montado
Conforme amostrado nas figuras 3.a. e 3.b, observa-se a parte interna e o protótipo teste do
sistema embarcado.
Figura 3.a. – autoria própria, 2019.
Tomada adaptada com o microcontrolador montado – parte
interna.
Figura 3.b. – autoria própria, 2019. Protótipo teste em Lâmpada incadecente.
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5. CONCLUSÃO
Este trabalho foi norteado pela relevância em expor, com o auxílio das pesquisas realizadas
na área, alternativas de eficiência energética e comodidade no controle de sistemas de
variados. Possibilitou também aos professores e colegas, expandir sua visão quanto a enorme
gama de projetos possíveis e aplicáveis com a utlização de sistemas microcontrolados. A
programação os diferentes módulos Arduíno utilizados no projeto são provas da ínfima
possibilidade de aplicações, seja em área industrial como residencial.
Após restringir-se a aplicação para controle de sistemas de refrigeração, o procedimento
seguido em projeto visou controlar diariamente sistemas de refrigeração i loco das atividades.
O procedimento atendia segundo objetivo específico: controlar e monitorar de forma
automática e recorrente o acionamento e o desligamento o sistema em questão, não havendo
influência significativa de terceiros para tais ações.
Os testes foram realizados para um único refrigerador de ar. Os resultados discutidos na
sessão anterior levaram ao consumo de energia, uma redução de quase R$ 120,00 ao ano,
média de R$ 12,00 no mês de teste. Aproximadamente 6% em eficiência energética. De fato,
um tanto quanto pouco no valor. Porém o foco do projeto e pesquisa, é de expandir o controle
a vários sistemas de refrigeração interligados a um único microcontrolador programável. Se
elevassemos esse estudo a aplicação de vários sistemas de refrigeração interligados, a
economia seria de muito mais relevância para o bolso dos usuários, além da produtividade
em tempo nos casos onde uma única pessoa precisa estar desligando sistema de refrigeração
por sistema. A conta estimada feita para a média de uso dentro do local em questão chega a
uma redução de custo aproximado a R$160.000,00 anuais, considerando uma quantidade
total de 1500 unidades de refrigeradores de ar, e um total estimado de investimento de
R$18.750,00 (custo de material para 125 arduínos controlando um total de 12 unidades de
refrigeração cada).
Uma importante contribuição desse trabalho foi, diante dos dados levantados sob o consumo
e gasto no sistema de refrigeração, nortear os consumidores a uma gama de possibilidades
capazes de estimular a lucratividade por meio de controle programado viável a serem
aplicados a qualquer camada da sociedade, uma vez que o custo de produção do sistema
microcontrolado é acessível. Além do conforto para os usuários, uma vez que não se faz mais
necessário carregar um controle remoto, permitindo o controle pelo próprio celular do usuário.
15
REFERÊNCIAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR ISO 14001:2004 – Sistema de gestão ambiental – requisitos com orientações para uso. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. _____. NBR 10.004: Resíduos sólidos – Classificação. Rio de Janeiro, 2004a. 71p. SADIKU, MATHEW N. O., ALEXANDER, CHARLES K., FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS, 5ª EDIÇÃO, 2013. CAPÍTULO 1: CONCEITOS BÁSICOS EM CIRCUITOS ELÉTRICOS. ARDUÍNO. WEBSITE OFICIAL. 2018. https://arduino.cc
HISTÓRIA E DESENVOLVIMENTO DO ARDUÍNO. JOHN.
2014.https://www.bussoladigital.net/arduino/historia-do-arduino
O QUE É AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL.
http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=11&Cod=980
DATASHEET, MÓDULO DE CONTAGEM DE TEMPO, DS1302, 2015.
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1302.pdf
DATASHEET. MÓDULO POTENCIÔMETRO X9C102, X9C103, X9C104, X9C503. 2019.
https://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/x9c1/x9c102-103-104-503.pdf
QUEIROZ, Wagner Rodrigues de Oliveira, SOUSA, Wanderson Quaresma. A Importância
Da Plataforma Arduino No Meio Acadêmico. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do
Conhecimento. Ano 03, Ed. 08, Vol. 12, pp. 123-133, Agosto de 2018. ISSN:2448-0959
.https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/meio-academico
Daniel K. Fisher1, Peter J. Gould2. Open-Source Hardware Is a Low-Cost Alternative for
Scientific Instrumentation and Research. Publicado online em SciRes, Abril de 2012.
https://file.scirp.org/pdf/MI20120200002_83441536.pdf
Daniel K. Fisher. Rapid Deployment of Internet-Connected: Environmental Monitoring Devices.
Publicado online em SciRes, Outubro de 2014.
https://file.scirp.org/pdf/AIT_2014102113303117.pdf
16
APÊNDICE
Apêndice 1 – Script programado para embarcar ao microcontrolador Arduíno
#include <DS1307.h>
#include <LiquidCrystal.h>
#include <string.h>
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);
DS1307 rtc(A4, A5);
String valor;
String w;
String y;
int cont=0;
int contb=0;
int x;
char a;
char horai;
char horat;
int aux=0;
void setup() {
pinMode(12,OUTPUT);
pinMode(11,OUTPUT);
digitalWrite(12,HIGH);
digitalWrite(11,HIGH);
rtc.halt(false);
//As linhas abaixo setam a data e hora do
modulo
//e podem ser comentada apos a primeira
utilizacao
//rtc.setDOW(FRIDAY); //Define o dia
da semana
//rtc.setTime(23, 24, 00); //Define o
horario
Serial.begin(9600);
lcd.begin(16, 2);
rtc.setSQWRate(SQW_RATE_1);
rtc.enableSQW(true);
lcd.setCursor(2,0);
lcd.print("TEMPORIZADOR");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" AUTOMATICO");
delay(1000);
}
void loop() {
valor = rtc.getTimeStr();
Serial.println(valor);Serial.println(w);
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("ini:");
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print(w);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("ter:");
lcd.setCursor(5,1);
lcd.print(y);
delay(400);
if(valor==w){
Serial.println("disparo1");
lcd.clear();
lcd.setCursor(2,0);
lcd.print("INICIANDO");
17
lcd.setCursor(2,1);
lcd.print("PROCESSO");
digitalWrite(12,LOW);
digitalWrite(11,LOW);
delay(5000);
}
if(valor==horat){
lcd.clear();
lcd.print("disparei 2");
delay(10000);
}
if(Serial.available()){
char a = Serial.read();
if(cont<8){
horai[cont]= a;
// cont++;
}
if((cont>8)&&(cont<18)){
horat[contb]= a;
contb++;
}
if(cont==8){
aux++;
lcd.clear();
Serial.println("Hora programada para
inicio");
strcat(horai,"");
if(aux==1) {w=horai;}
Serial.println(horai);
Serial.println("OK");
Serial.println(w);
// cont++;
}
if(cont==17){
lcd.clear();
Serial.println("Hora programada para
Termino");
strcat(horat,"");
y=horat;
Serial.println(horat);
Serial.println("OK");
Serial.println(w);
// cont++;
}
cont++;
}
}
