UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN DEPARTAMENTO ACADMICO DE ELETROTCNICA

ENGENHARIA ELTRICA

CHRISTINE HELENE GOMES CYNTHIA CRISWALL MENDONA GOMES

SIMONE DE LIMA TAGLIARI

SISTEMA SUPERVISRIO PARA ACOMPANHAMENTO DE CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA RESIDENCIAL

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

CURITIBA 2016

CHRISTINE HELENE GOMES CYNTHIA CRISWALL MENDONA GOMES

SIMONE DE LIMA TAGLIARI

SISTEMA SUPERVISRIO PARA ACOMPANHAMENTO DE CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA RESIDENCIAL

Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Departamento Acadmico de Eletrotcnica da Universidade Tecnolgica Federal do Paran (UTFPR), como requisito parcial para obteno do grau de Bacharel em Engenharia Eltrica rea de Concentrao: Eletrotcnica.

Orientador: Prof. Dr. Paulo Cicero Fritzen.

Co-orientador: Prof. Me. Luiz Amilton Pepplow.

CURITIBA 2016

A folha de aprovao assinada encontra-se na Coordenao do Curso de Engenharia Eltrica

CHRISTINE HELENE GOMES CYNTHIA CRISWALL MENDONA GOMES

SIMONE DE LIMA TAGLIARI

SISTEMA SUPERVISRIO PARA ACOMPANHAMENTO DE CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA RESIDENCIAL

Este Trabalho de Concluso de Curso de Graduao foi julgado e aprovado como requisito parcial para a obteno do Ttulo de Engenheiro Eletricista, do curso de Engenharia Eltrica do Departamento Acadmico de Eletrotcnica (DAELT) da Universidade Tecnolgica Federal do Paran (UTFPR).

Curitiba, 17 de Junho de 2016.

____________________________________ Prof. Emerson Rigoni, Dr.

Coordenador de Curso Engenharia Eltrica

____________________________________ Profa. Annemarlen Gehrke Castagna, Mestre

Responsvel pelos Trabalhos de Concluso de Curso de Engenharia Eltrica do DAELT

ORIENTAO BANCA EXAMINADORA ______________________________________ Paulo Cicero Fritzen., Dr. Universidade Tecnolgica Federal do Paran Orientador _____________________________________

Prof. Luiz Amilton Pepplow Universidade Tecnolgica Federal do Paran Co-orientador

______________________________________ Paulo Cicero Fritzen., Dr. Universidade Tecnolgica Federal do Paran _____________________________________

Prof. Luiz Amilton Pepplow Universidade Tecnolgica Federal do Paran _____________________________________

Profa. Annemarlen G. Castagna Universidade Tecnolgica Federal do Paran _____________________________________

Prof. Roberto Cesar Betini Universidade Livre do Conhecimento

AGRADECIMENTOS

Agradecemos em primeiro lugar a Deus, por ter nos agraciado com o dom da

vida nos abenoando e conduzindo em todas as etapas de nossa vida.

Agradecemos aos nossos pais, que apesar de todas as dificuldades sempre tiveram

sabedoria para nos mostrar a importncia dos estudos em nossas vidas.

Aos nossos namorados e marido que nos deram fora e sempre estiveram aos

nossos lados, acalmando quando tnhamos dificuldades, vibrando com nossas

vitorias.

Aos nossos queridos professores pela competncia e seriedade com que

conduzem o curso de engenharia eltrica.

Ao professor Paulo Cicero Fritzen por acreditar desde o comeo em nossas ideias,

pelo apoio, incentivo e pacincia durante o desenvolvimento deste trabalho.

Muito obrigado!

TCC Meninas

RESUMO

GOMES, Christine Helene; GOMES, Cynthia Criswall Mendona; TAGLIARI, Simone de Lima. Sistema supervisrio para acompanhamento de consumo de energia eltrica residencial. 2016. 65f. Trabalho de concluso de curso (Engenharia Eltrica) Universidade Tecnolgica Federal do Paran, 2016.

Frente ao cenrio da necessidade de otimizar a utilizao dos recursos energticos no pas, sobressai-se a utilizao de energia eltrica de forma mais eficiente, assim a modalidade tarifria branca mesmo que ainda no tenha entrado em vigor, destaca-se aos olhos do consumidor cativo residencial devido necessidade de avaliao de seu prprio padro de consumo de energia eltrica. A proposta do presente trabalho consiste no desenvolvimento de um aplicativo para visualizao do consumo de energia eltrica de uma residncia. Para tanto, fez-se necessrio o desenvolvimento de concepo de aquisio de dados e de otimizao de custos para a implementao do mesmo. Para manter essa viso, foram utilizados sensores de corrente em cada circuito para aquisio dos dados e para interpretao destes, o Arduino, cuja a plataforma livre e de fcil acesso. Os resultados foram bastante promissores, os dados fornecidos pelo sistema implementado propiciaram ao usurio a possibilidade de avaliao da viabilidade de utilizao da modalidade tarifria branca em detrimento da convencional alm de oportunidades de reduo do prprio consumo de energia eltrica contribuindo para eficincia energtica do pas.

Palavras-chave: Tarifa branca, Eficincia energtica, Monitoramento, Consumo de eletricidade.

ABSTRACT

GOMES, Christine Helene; GOMES, Cynthia Criswall Mendona; TAGLIARI, Simone de Lima. Supervision system to monitor residential electricity consumption. 2016. 65f. (Engenharia Eltrica) Universidade Tecnolgica Federal do Paran, 2016.

In the panorama of need to optimize the use of energy resources in the country, stands out the efficient use of electricity. Even the white tariff mode have not coming into effect yet, stands out to the residential captive consumer the need to evaluate its own pattern of energy consumption. The proposal of this work is develop a tool to monitoring the power consumption of a residence. Therefore it was necessary the development a conception of data acquisition and cost optimization for the implementation. To maintain this view, current sensors are using in each circuit for data acquisition, and for the interpretation the Arduino is using, whose platform is free and easily accessible. The results were very promising indeed, the data provided by the implemented system propitiated the user assessing the feasibility of using the white tariff mode instead of conventional mode, as well as giving opportunities of reducing his own electricity consumption, which contributes to energy efficiency in the country.

Keywords: white tariff, energy efficiency, monitoring, Electricity consumption.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Grupos, Subgrupos e Subclasses. ........................................................... 19

Figura 2 Postos Tarifrios do Grupo B. .................................................................. 20

Figura 3 Valores R$/kWh. ...................................................................................... 25

Figura 4 Custo embutidos na fatura de energia. .................................................... 25

Figura 5 Funes de custo da TUSD. .................................................................... 26

Figura 6 Funes de custo da TE. ......................................................................... 27

Figura 7 Curva de carga de demandas. ................................................................. 28

Figura 8 Grfico de comportamento de carga do consumidor residencial no estado

do Paran mostrado hora a hora. .............................................................................. 28

Figura 9 Consumo de Energia eltrica (%) janeiro a julho 2015. ........................... 29

Figura 10 Consumo de Energia eltrica (%) janeiro a julho 2015. ......................... 30

Figura 11 Evoluo do nmero-ndice do consumo residencial de energia e

Eletricidade, do consumo das famlias e do nmero de domiclios (1990= 100). ...... 31

Figura 12 Estimativa de consumo por eletrodomsticos de acordo com uso

hipottico de uma residncia com consumo mensal mdio de 220 kWh/ms. ......... 31

Figura 13 LaunchPad MSP430 e Arduino UNO. .................................................... 35

Figura 14 Resumo das caractersticas do Arduino Mega 2560. ............................. 36

Figura 15 Topologia de hardware adotada para o desenvolvimento do sistema.... 38

Figura 16 Sensor de Corrente no intrusivo SCT013. ............................................ 39

Figura 17 Datasheet modelo SCT013-30. ............................................................. 40

Figura 18 Diagrama do circuito projetado para a aquisio e o condicionamento do

sinal de tenso. ......................................................................................................... 41

Figura 19 Conectado RTC DS1307 ao Arduno ..................................................... 42

Figura 20 - Caracterstica fsica Shield Wi-Fi. ......................................................... 43

Figura 21 Mdulo SD Card. ................................................................................... 43

Figura 22 Ligao Mdulo SD com Arduino Uno utilizando uma protoboard. ........ 44

Figura 23 Verificao e validao dos valores de tenso (Arduino e multmetro). . 47

Figura 24 Verificao e validao dos valores de corrente (Arduino e multmetro).

.................................................................................................................................. 48

Figura 25 Prottipo desenvolvido aplicado a uma instalao eltrica. ................... 50

Figura 26 Arquivo .txt gravado no carto SD Potncias. ..................................... 51

Figura 27 Tela inicial do aplicativo em branco. ....................................................... 52

Figura 28 Opes do aplicativo. ............................................................................. 53

Figura 29 Potncia consumida por circuito ............................................................ 54

Figura 30 Comparao das potncias nos 3 circuitos ............................................ 55

Figura 31 Comparativo Tarifa Branca e Convencional. .......................................... 56

LISTA DE SIGLAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica ABRADEE Associao Brasileira de Distribuidores de Energia Eltrica CEMIG Companhia Energtica de Minas Gerais COPEL Companhia Paranaense de Energia CFURH Compensao Financeira pela Utilizao dos Recursos Hdricos COFINS Contribuio para Financiamento da Seguridade Social COSIP IP Contribuio para Custeio do Servio de Iluminao Pblica AC-CC Corrente Alternada - Corrente Contnua EPE Empresa de Pesquisa Energtica EER Encargo de Energia de Reserva EUA Estados Unidos da Amrica GND Ground ICSP In-Circuit Serial Programming IRT ndice de ReajusteTarifrio IDE Integrated Development Environment I2C Protocolo de Comunicao MISO Master Em Slave Out MOSI Master Slave Out In ONS Operador Nacional do Sistema P&D Pesquisa e Desenvolvimento PRORET Procedimentos de Regulao Tarifria PROINFA Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia Eltrica PIS Programa Integrao Social POO Programao Orientada a Objetos PWM Pulse Width Modulation RAM Random Access Memory RMS ou rms Valor mdio quadrtico (do Ingls Root Mean Square) RTC Real Time Clock RTP Reviso Tarifria Peridica SD Secure Digital SCK Clock Serial SCL Serial Clock SDA Serial Data SPI Serial Peripheral Interface TE Tarifa de Energia TUSD Tarifa de Uso do Sistema de Distribuio TI Texas Instruments UC Unidade Consumidora UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter USB Universal Serial Bus

SUMRIO

1. INTRODUO ............................................................................................... 11

1.1. TEMA ........................................................................................................................................................... 11 1.1.1. Delimitao do Tema ................................................................................................................................. 12

1.2. PROBLEMAS E PREMISSAS .......................................................................................................................... 12 1.3. OBJETIVOS .................................................................................................................................................. 13 1.3.1. Objetivo Geral ............................................................................................................................................ 13

1.3.2. Objetivos Especficos .................................................................................................................................. 13

1.4. JUSTIFICATIVA ............................................................................................................................................ 13 1.5. PROCEDIMENTOS METODOLGICOS ......................................................................................................... 14 1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO ........................................................................................................................ 15

2. FUNDAMENTAO TERICA ..................................................................... 16

2.1. ESTRUTURA TARIFRIA ..................................................................................................................................... 16 2.1.1. Grupos, Subgrupos, Classes e Subclasses ................................................................................................... 17

2.1.2. Postos Tarifrios ......................................................................................................................................... 19

2.1.3. Modalidades Tarifrias ............................................................................................................................... 20

2.1.4. Bandeiras tarifrias .................................................................................................................................... 21

2.2. MEDIDORES DE ENERGIA ELTRICA ..................................................................................................................... 22 2.2.1. Medidores Eletromecnicos....................................................................................................................... 22

2.2.2. Medidores Eletrnicos ............................................................................................................................... 23

2.3. FATURA DE ENERGIA ELTRICA DE CONSUMIDORES RESIDENCIAIS ............................................................................. 23 2.3.1. Componentes TUSD e TE ............................................................................................................................ 25

2.4. CURVA DE CARGA ............................................................................................................................................ 27 2.5. CONSUMO RESIDENCIAL DE ENERGIA ELTRICA NO BRASIL ...................................................................................... 29 2.6. CRITRIOS PARA ANLISE DOS COMPONENTES DE HARDWARE. ................................................................................. 32 2.7. DESCRIO E JUSTIFICATIVAS PARA AS ESCOLHAS DOS COMPONENTES DO SISTEMA. ...................................................... 33 2.7.1. Arduino MEGA 2560 ................................................................................................................................... 33

2.7.2. Ambiente de desenvolvimento Integrado do Arduino IDE ..................................................................... 36

3. DESENVOLVIMENTO .................................................................................... 37

3.1. MODELO PROPOSTO ........................................................................................................................................ 37 3.1.1. Topologia do modelo proposto .................................................................................................................. 37

3.1.2. Sensores de Corrente ................................................................................................................................. 39

3.1.3. Sensores de Tenso .................................................................................................................................... 40

3.1.4. Mdulo Clock ............................................................................................................................................. 41

3.1.5. Mdulo Wi-Fi - Comunicao para acesso remoto .................................................................................... 42

3.1.6. Mdulocarto SD - Banco de dados ........................................................................................................... 43

3.1.7. Programao do sistema de interao com o usurio ............................................................................... 45

4. RESULTADOS E DISCUSSES ................................................................... 47

4.1. AQUISIO DE TENSAO (VRMS) E CORRENTE (IRMS) PARA CLCULO DE POTNCIA ATIVA [W]............................................... 47 4.2. VERIFICAO DA VARIAO DA POTNCIA ............................................................................................................. 49 4.3. IMPLEMENTAO DO APLICATIVO PARA ACOMPANHAMENTO DE CONSUMO DE ENERGIA ELETRICA................................... 51 4.4. COMPARATIVO ENTRE TARIFA BRANCA E CONVENCIONAL ....................................................................................... 55 AO FINAL DA COLETA DOS TRS CIRCUITOS DE UM DIA PARA AVALIAO, FOI ENCONTRADO O VALOR DE APROXIMADAMENTE 4,6KWH DISTRIBUDO AO LONGO DAS 24H. ................................................................................................................................. 55 4.5. CUSTOS ......................................................................................................................................................... 56 4.6. DIFICULDADES ENCONTRADAS ............................................................................................................................ 57

5. CONCLUSES .............................................................................................. 59

5.1. TRABALHOS FUTUROS ................................................................................................................................ 60

REFERNCIAS ......................................................................................................... 61

11

1. INTRODUO

1.1. TEMA

A carncia de investimentos no setor energtico brasileiro, a escassez de

chuvas nas regies onde se encontram os maiores reservatrios de gua essenciais

para a gerao de energia eltrica pelas usinas hidreltricas (principal fonte

energtica do Brasil, segundo a EPE), a necessidade da utilizao constante das

termoeltricas, e o aumento da demanda por parte dos consumidores, podem ser

citados como contribuintes para o aumento gradativono custo de produo de

energia.

Este aumento no custo de produo implica no aumento das tarifas de

energia eltrica, causado pela necessidade de lanar mo da gerao trmica, mais

cara que a hidroeltrica. As usinas trmicas, embora tenham custo de gerao mais

elevado, representam a segurana do abastecimento, e funcionam como

suplementao do sistema quando as hidreltricas, por motivo de escassez de

chuvas, no tm condies de gerar toda a energia de que o Pas necessita

(TANCREDI, et al., 2013).

Como a energia eltrica est presente em todos os setores da economia

como custos de produo de bens e servios, o aumento da tarifa resulta em

aumento dos preos repassados aos consumidores, sejam eles residenciais,

comerciais ou industriais. A melhor gesto do consumo de energia eltrica torna-se

uma interessante alternativa para fins de economia e reduo de gastos.

O consumo residencial, setor que representa aproximadamente 30% do

consumo total de energia eltrica no Brasil, cresceu aproximadamente 5,7% entre

2013 e 2014, de acordo com o relatrio de Consumo mensal de energia eltrica por

classe (regies e subsistemas) 2004 a 2015 fornecido pela EPE. Crescimento

expressivo se comparado ao crescimento referente aos anos anteriores. Por

representarem a menor parcela do consumo de energia eltrica no pas, este setor

no recebe das entidades governamentais e do mercado em geral, o devido

incentivo e o investimento necessrio para realizao de pesquisas relativas a

12

otimizao do consumo e eficincia energtica, entretanto, o mercado disponibiliza

aos consumidores, equipamentos que segundo Ferreira (2012, p. 17) so

classificados como homo energymonitors, os mesmos so usados para o

monitoramento do consumo total de uma residncia, ou de eletrodomsticos

individuais, desenvolvidos exclusivamente para auxiliar o usurio a controlar e

reduzir o consumo de energia eltrica.

Devido ao elevado preo desses equipamentos e a demora no retorno

financeiro desse investimento, torna-se oneroso sua utilizao em larga escala,

optando-se, assim, por uma alternativamenor custo e de fcil implementao como a

utilizao de software e aplicativos capazes de auxiliar o consumidor a verificar onde

est sendo consumido sua energia eltrica.

1.1.1. Delimitao do Tema

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de umsistema supervisriopara

acompanhamento de consumo de energia eltrica que, a partir de dados coletados

de corrente e tenso, calculapor circuito o consumo de energia eltrica, permitindo o

consumidor o acesso s informaes em tempo real e apresentaregistro de potncia

ativa (Watts)consumidapor perodo de tempo.

1.2. PROBLEMAS E PREMISSAS

O problema identificado nesta pesquisa a pouca disponibilizao de

aplicativos em software livre que possibilitem ao consumidor medir e avaliar o

consumo de energia eltrica em sua residncia e, a partir desta avaliao, definir

padres de consumo a serem adotados e monitorados por este aplicativo.

Os simuladores disponibilizados pelas concessionrias, em seus websites,

mostram dicas, orientaes para auxiliar o consumidor, porm, a potncia utilizada

aproximada visto que as informaes devem ser fornecidas pelo usurio. A obteno

de tais informaes, todavia, exigemdo consumidor, comprometimento e

disponibilidade de tempo para monitorar o perodo de uso da diversa e numerosa

gama de aparelhos presentes em sua residncia exigindo tambm que o mesmo

13

tenha um conhecimento mnimo sobre o assunto, tornando assim ineficiente a

utilizao destes simuladores na prtica.

1.3. OBJETIVOS

1.3.1. Objetivo Geral

Desenvolverum sistema supervisriopara acompanhamento de consumo de

energia eltrica em uma residncia.

1.3.2. Objetivos Especficos

Identificar o padro de consumo de energia eltrica residencial no Brasil nos

ltimos anos, exposio de conceitos essenciais para sua contextualizao,

discorrer sobre sensores de corrente, de tenso, e medidores de consumo de

energia eltrica presentes no mercado;

Desenvolver o prottipo do sistema de monitoramento integrando a aquisio

de dados e a determinao da potncia, englobando hardware e software.

Realizar a verificao e validao do sistema de monitoramento por meio de

ensaio em campo, comparando os valores adquiridos e calculados com

medidos por um multmetro;

Apresentar o consumo de potncia ativa (Watts) de uma residncia durante

24h para auxiliar a avaliao da escolha ou no da tarifa branca.

1.4. JUSTIFICATIVA

O sistema desenvolvido disponibiliza ao consumidor os valores previamente

calculados da potncia consumida. Baseando-se nessas informaes, este poder

eventualmente mudar determinados hbitos de consumo, o que se torna benfico e

14

pode acarretar uma economia na conta de energia pela melhor gesto da utilizao

energtica. Alm disso, com uma grande adeso da utilizao do sistema, poder

tambm influenciar na curva de carga, o que traria um impacto ainda maior na

reduo da fatura de energia.

A utilizao de sensores para a aquisio de dados em uma residncia,

juntamente com o desenvolvimento de um aplicativo para acompanhamento de

consumo de energia eltricaque seja capaz de disponibilizar ao consumidor dados

importantes sobre seu consumo so pontos interessantes para tornar sistemas que

visam o consumo consciente de energia, cada vez mais acessveis ao consumidor

comum.

1.5. PROCEDIMENTOS METODOLGICOS

Inicialmente bom destacar que o procedimento metodolgico adotado neste

trabalho de carter experimental, pois consiste essencialmente em determinar um

objeto de estudo (consumo de energia), selecionar as variveis capazes de

influenci-lo (corrente, tenso e tempo) e definir formas de controle e de observao

dos efeitos que estas produzem no objeto (GIL, 2002, p. 48).

A seguir, para o desenvolvimento deste trabalho foi realizada uma pesquisa

bibliogrficapor meio de pesquisa em livros, datasheets e peridicos especializados.

A pesquisa identifica o padro de consumo de energia em uma residncia e os

principais conceitos sobre sensores e medidores existentes.

Aps a etapa de estudo foi desenvolvido o prottipo de aquisio e

superviso de dados de consumo. Para esta aquisio foram instalados no quadro

de disjuntores os sensores de corrente (um para cada circuito) e de tenso, os quais

se comunicaram com a placa do Arduino, (uma plataforma

de prototipagemeletrnica dehardware livree deplaca nica, que consiste,

basicamente, em um microcontroladorAtmelAVR de 8bits, com componentes

complementares para facilitar a programao e incorporao em outros circuitos).

O Arduino realiza a aquisio dos dados, e envia a um servidor para criar um

banco de dados referente a esse consumidor. O sistema de monitoramentoutiliza os

dados e mostra ao consumidor, circuito a circuito, atravs de grficos, o real

consumo de sua residncia.

15

O desenvolvimento do sistema foi em Python,o qual possui uma interface

grfica amigvel, alm de ser aberto (gratuito), no havendo custo para a

programao.

Aps a leitura e apresentao dos valores, os resultados obtidos foram

avaliados para as requeridas concluses.

1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO

1. Introduo

Apresentao do tema proposto, delimitao do tema, problemas e

premissas, objetivos gerais e especficos, justificativa e procedimentos

metodolgicos.

2. Fundamentao Terica

Embasamento terico que justifica o desenvolvimento do sistema. Para

tanto, foi necessria uma sntese de estruturas tarifrias, medidores de energia,

faturamento de energia eltrica de consumidores residenciais, curvas de carga,

consumo residencial de energia eltrica no Brasil e critrios para anlise dos

componentes de Hardware.

3. Desenvolvimento

Descreve o modelo proposto, que engloba a topologia do projeto, e como os

dados so coletados e enviados para o aplicativo. Tambm apresenta os modelos

dos componentes a serem utilizados no prottipo, bem como as justificativas para a

escolha dos mesmos.

4. Resultados e Discusses

Este captulo descreve a implementao do projeto, a partir do modelo de

topologia proposto e as dificuldades encontradas.

5. Concluso

Neste captulo foram avaliadosse os objetivos foram alcanados assim como

possveis melhoriase sugestes para trabalhos futuros.

16

2. FUNDAMENTAO TERICA

Neste captulo so abordados de forma sucinta alguns tpicos pertinentes aos

fatores que influenciam no custo de produo de energia focado no setor residencial.

Para isso sero explicitadas estruturas tarifrias, classes de consumo, classificao

dos usurios do sistema por grupos, subgrupos, e subclasses, postos tarifrios,

modalidades tarifrias, e bandeiras tarifrias e tipos de medidores de energia. Essa

fundamentao se faz necessria para que sejam compreendidos os fatores que

influenciam no valor resultante a ser cobrado na fatura de energia eltrica.

Tambm apresentado neste captulo o perfil de consumo residencial de

energia no Brasil por meio de curvas de carga e a participao de eletrodomsticos

no consumo residencial brasileiro. Essa seo ser de extrema importncia, pois,

evidencia hbitos culturais e hbitos de consumo que definem as curvas de carga, e

consequentemente influenciam na elaborao da estrutura tarifria, refletindo no

valor da fatura submetida ao consumidor final.

2.1. ESTRUTURA TARIFRIA

O modelo do setor de energia eltrica brasileiro vigente pode ser dividido em

quatro segmentos de negcio, tambm chamados de atividades do Setor Eltrico.

So eles gerao, transmisso, distribuio e comercializao. Estas atividades so

regulamentadas e fiscalizadas pela ANEEL, autarquia vinculada ao Ministrio de

Minas e Energia, instituda pela Lei n. 9.427 de 26.11.97 e constituda pelo Decreto

n. 2.335 de 03.10.97, que tem por finalidade a medio, a regulao, o controle

tarifrio, e a fiscalizao das atividades do Setor Eltrico.

As definies e os conceitos a respeito da estrutura tarifria vigente,

essenciais para o completo entendimento desse trabalho esto descritos, em grande

parte, nos Procedimentos de Regulao Tarifria (PRORET), que tem carter

normativo e consolida a regulamentao acerca dos processos tarifrios (ANEEL,

2015d).

Estrutura tarifria um conjunto de tarifas e regras aplicadas ao faturamento

do mercado de distribuio de energia eltrica. Estes refletem a diferenciao

17

relativa dos custos regulatrios da distribuidora entre os subgrupos, classes e

subclasses tarifrias, de acordo com as modalidades e postos tarifrios (ANEEL,

2015b,pg.3).

Demanda definida como a mdia das potncias eltricas ativas ou reativas,

solicitadas ao sistema eltrico pela parcela da carga instalada em operao na

unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado, expressa em

quilowatts (kW) e quilovolt-ampre-reativo (kVAr), respectivamente (ANEEL,2015c).

J o processo tarifrio composto por dois subprocessos em um ciclo

tarifrio: o reajuste (IRT) e a reviso tarifria peridica (RTP). Atravs destes

obtido o custo regulatrio, formado por componentes tarifrios como: Transporte,

Perdas, Encargos e Energia comprada para revenda, os quais refletem nas funes

de custos. Estas, por sua vez, se agregam para formar as tarifas TUSD (Tarifa de

Uso do Sistema de Distribuio) e TE (Tarifa de Energia).

A ANEEL define TUSD como valor monetrio unitrio, determinado por ela,

em R$/MWh ou em R$/kW, utilizado para efetuar o faturamento mensal de usurios

do sistema de distribuio de energia eltrica pelo uso do sistema. J TE definido

como valor monetrio unitrio, tambm definido pela Agncia, em R$/MWh,

utilizado para efetuar o faturamento mensal referente ao consumo de energia dos

diversos tipos de contratos (ANEEL, 2015b, pg.4).

A partir das funes de custo constroem-se as diferentes modalidades

tarifrias, para TUSD e para TE, que consistem em: postos tarifrios, baseados em

critrio temporal; e grupos/subgrupos tarifrios, classificados por faixa de tenso

(ANEEL, 2015b,pg.3).

2.1.1. Grupos, Subgrupos, Classes e Subclasses

Antes de definir as diversas classificaes da estrutura tarifria faz-se

necessrio definir unidade consumidora e consumidor, em que consumidor toda

pessoa fsica ou jurdica, de direito pblico ou privado, legalmente representada,

que solicita o fornecimento, a contratao ou o uso do sistema eltrico

distribuidora(ANEEL, 2015c). A esse consumidor est associado uma ou mais

unidades consumidoras, que por sua vez so estruturas fsicas as quais a

distribuidora fornece algum servio de energia eltrica. Conforme Resoluo

18

Normativa 414/2010, cabe a distribuidora classificar a unidade consumidora de

acordo com a atividade nela exercida e a finalidade da utilizao da energia eltrica.

(ANEEL, 2015a, pg.27)

A classificao das unidades consumidoras (UCs) ocorre com o objetivo de

aplicar tarifas distintas a cada uma das classes de consumo definidas pela ANEEL

(MENEZES, 2015, pg.23). As classes de consumo dividem-se em oito categorias:

Residencial, Comercial, Industrial, Rural, Poder Pblico, Servio Pblico, Iluminao

Pblica e Consumo Prprio, essas classes utilizam como base o comportamento de

carga tpico de cada uma (ANEEL,2015) todas as classes citadas esto no

glossrio. Para o momento basta-se afirmar que, a unidade consumidora a qual se

destina a aplicao desse trabalho classificada como residencial.

Os consumidores do sistema de distribuio so classificados em grupos e

subgrupos tarifrios. A TUSD, para esses consumidores, diferencia-se por subgrupo,

posto e modalidade tarifria enquanto a TE diferencia-se apenas por posto e

modalidade tarifria (ANEEL, 2015b, pg.5).

Os grupos so definidos segundo a tenso de atendimento enquanto a

definio dos subgrupos obedece duas lgicas distintas. Os subgrupos do grupo A

so definidos segundo a tenso de atendimento. Exceo feita ao subgrupo AS.

Enquanto que o grupo B obedece a lgica de classe de atendimento. Determinados

subgrupos possuem ainda uma diviso por subclasse, que produz diferenas

tarifrias. A diviso dos grupos, subgrupos e subclasses descrito na Figura1. No

caso do presente trabalho, o consumidor classificado na Subclasse B1:

Atendimento Residencial.

19

Figura1 Grupos, Subgrupos e Subclasses.

Fonte: Autoria Prpria.

2.1.2. Postos Tarifrios

Analisando-se as curvas tpicas de consumo de energia eltrica no Brasil no

decorrer de um dia (assunto que ser detalhadamente discorrido no item2.4)

possvel destacar certas tendncias de aumento de consumo em determinadas

horas do dia por regio, devido ao padro cultural e rotineiro dos consumidores

(HERMSDORFF W.; OLIVEIRA FILHO,2003).

Esses picos de consumo" (entende-se aqui que "picos de consumo" referem-

se faixa de tempo em que a demanda de energia eltrica mxima no perodo de

um dia), embora ocorram em um pequeno intervalo de tempo (aproximadamente de

3 horas), demandam valores expressivos de energia eltrica se comparados com o

restante do dia. Isso faz com que todo o sistema de gerao, transmisso,

distribuio e proteo sejam dimensionados para atender a mxima demanda

requisitada nesse nfimo perodo de durao tornando grande parte do sistema

ocioso no restante do dia (HERMSDORFF W, OLIVEIRA FILHO,2003).

Assim justifica-se a existncia dos postos tarifrios - Ponta, Intermedirio e

Fora de ponta, que possuem a finalidade de incentivar a melhor distribuio do

consumo de energia eltrica no decorrer do tempo ocasionando possvel reduo

dos "picos de consumo" evidentes em determinadas horas do dia. A Figura2 mostra

os postos tarifrios definidos para o Grupo B. Para o Grupo A so considerados

20

apenas os Postos Ponta e fora de Ponta, sendo que o posto Intermedirio se

restringe ao Grupo B, foco desse trabalho.

Figura2 Postos Tarifrios do Grupo B. Fonte: ANEEL (2010).

O posto Ponta definido como "perodo composto por trs horas dirias

consecutivas definidas pela distribuidora considerando a curva de carga de seu

sistema eltrico, aprovado pela ANEEL para toda a rea de concesso, exceto para

finais de semana e feriados definidos na Resoluo Normativa n 414/2010". O

posto Intermedirio um "perodo de duas horas, sendo uma hora imediatamente

anterior e outra imediatamente posterior ao posto ponta, aplicado para o Grupo B". E

o posto Fora de ponta um "perodo composto pelo conjunto das horas dirias

consecutivas e complementares quelas definidas nos postos ponta e intermedirio".

(ANEEL, 2015c).

2.1.3. Modalidades Tarifrias

De acordo com Resoluo Normativa N 479/2012, modalidade tarifria

definida como um conjunto de tarifas aplicveis s componentes de consumo de

energia eltrica e demanda de potncia ativas. So elas:

I. Modalidade tarifria horria Azul: aplicada s unidades consumidoras do

grupo A, caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de energia

21

eltrica e de demanda de potncia, de acordo com as horas de utilizao do

dia;

II. Modalidade tarifria horria Verde: aplicada s unidades consumidoras do

grupo A, caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de energia

eltrica, de acordo com as horas de utilizao do dia, assim como de uma

nica tarifa de demanda de potncia;

III. Modalidade tarifria Convencional Binmia: aplicada s unidades

consumidoras do grupo A, caracterizada por tarifas de consumo de energia

eltrica e demanda de potncia, independentemente das horas de utilizao

do dia;

IV. Modalidade tarifria horria Branca: aplicada s unidades consumidoras

do grupo B, exceto os subgrupos B1 subclasse Baixa Renda e B4,

caracterizada por tarifas diferenciadas de consumo de energia eltrica, de

acordo com as horas de utilizao do dia;

V. Modalidade tarifria Convencional Monmia: aplicada s unidades

consumidoras do grupo B, caracterizada por tarifas de consumo de energia

eltrica, independentemente das horas de utilizao do dia;

importante ressaltar que a modalidade tarifria Branca, at ento, no

entrou em vigor e sua efetiva aplicao encontra-se adiada por tempo indeterminado

pela ANEEL. A opinio das concessionrias de distribuio quanto a anlise de

custo/benefcio de uma nova opo tarifria, ainda so desfavorveis a

implementao. O que os consumidores e a distribuidora iro ganhar com a sua

aplicao, ou seja, qual ser a economia de investimentos em expanso e a reduo

dos custos de operao e manuteno decorrentes de sua aplicao ressalta

CEMIG em Nota Tcnica n 1/2013 SRC/ANEELg, de 13/02/2013.

2.1.4. Bandeiras tarifrias

As Bandeiras Tarifrias entraram em vigor em 2015, as mesmas tm como

finalidade sinalizar aos consumidores as condies de gerao de energia eltrica

no Sistema Interligado Nacional, por meio da cobrana de valor adicional Tarifa de

Energia TE (ANEEL, 2015d). Cabe a ANEEL definir mensalmente, considerando

informaes fornecidas pelo Operador Nacional do Sistema ONS, a Bandeira

22

Tarifria a ser aplicada no ms subsequente. O sistema de Bandeiras Tarifrias

representado por: Bandeira Tarifria Verde, Amarela; e Vermelha.

A Bandeira Tarifria Verde indica condies favorveis de gerao de

energia, no implicando acrscimo tarifrio. As Bandeiras Tarifrias Amarela e

Vermelha indicam condies menos favorveis e crticas de gerao de energia,

resultando em adicionais Tarifa de Energia TE sendo que a Bandeira Tarifria

Vermelha corresponde a situao mais crtica que a Amarela, dessa forma possui

um adicional de maior percentual se comparado com a Bandeira Tarifria Amarela.

2.2. MEDIDORES DE ENERGIA ELTRICA

A medio de energia eltrica empregada, na prtica, para possibilitar

entidade fornecedora (concessionria) o faturamento adequado da quantidade de

energia eltrica consumida por cada usurio (unidade consumidora), dentro de uma

tarifa estabelecida (MNGUEZ,2007) que respeite os quesitos dispostos pela

ANEEL sobre grupos, modalidades e bandeiras tarifrias.

Para medir esse consumo so utilizados medidores de energia eltrica. Seu

uso e aplicao so regulamentados, acompanhados e vistoriados pela ANEEL, por

intermdio de diversos rgos normativos e reguladores (RODRIGUES, 2009) como

as regulamentaes elaboradas pelo Inmetro e pela ABNT, que visam garantir que

todos os medidores fabricados e em uso estejam dentro dos parmetros da

metrologia legal (RODRIGUES, 2009).

Os medidores de energia eltrica existentes em grande escala atualmente

so divididos em dois tipos: eletromecnicos, que funcionam pelo princpio da

induo eletromagntica, e eletrnicos, que fazem uso de circuitos integrados (DE

PAULA, 2013).

2.2.1. Medidores Eletromecnicos

Os medidores eletromecnicos estoh mais de cem anos no mercado

brasileiro. Com tecnologia robusta, ainda so os mais utilizados no Brasil possuindo

mdia de produo anual na ordem de trs milhes de unidades destinadas tanto a

23

novos consumidores e a reposio de antigos medidores quanto a exportao,

segundo Mnguez (2007).

Os medidores eletromecnicos do tipo induo so os mais comuns no

mercado brasileiro. Estes se diferenciam quanto a quantidade de elementos:

monofsicos com um elemento e polifsicos com dois ou mais elementos; e quanto

a visualizao dos dados: tipo ponteiro ou ciclomtricos.

Para os consumidores do grupo B a ANEEL estabelece que devam ser

utilizados no mnimo, um medidor eletromecnico de energia ativa para registro do

consumo em kWh, sendo a utilizao do medidor eletromecnico de energia reativa

adicional ao anterior, ainda opcional.

Caso a tarifa branca, j definida pela ANEEL, entre em vigor nos prximos

anos, a ANEEL estabelece que, para o futuro consumidor do grupo B que opte por

essa modalidade tarifria, deve ser utilizado, no mnimo, um Medidor eletrnico

exclusivo para aplicao em BT.

2.2.2. Medidores Eletrnicos

A tecnologia atual de medio eletrnica garante melhor exatido que os

medidores eletromecnicos, oferecendo informaes detalhadas sobre o consumo

como potncia ativa, potncia reativa, entre outras. So comumente utilizados para

realizar o faturamento do Grupo A, que necessita de medidores inteligentes capazes

de registrar o consumo por intervalo de tempo, necessrios para aplicao da

diferenciao da tarifa de acordo com o horrio.

J para o Grupo B, na maioria dos casos, haver necessidade de substituio

do medidor analgico por um medidor eletrnico. Os custos do medidor e sua

instalao sero de responsabilidade da distribuidora de acordo com a ANEEL.

2.3. FATURA DE ENERGIA ELTRICA DE CONSUMIDORES RESIDENCIAIS

A fatura de energia eltrica a cobrana realizada pelas distribuidoras de

energia aplicando-se tarifas distintas a cada uma das classes de consumo definidas

pela ANEEL, como mencionado anteriormente. A partir de medies mensais de

24

consumo, resumidamente, so definidos os valores de TUSD e TE para cada

modalidade tarifria e por fim recebem a correo da bandeira tarifria vigente no

ms em questo.

Para um consumidor residencial pertencente ao Subgrupo B1, o valor da

conta ainda calculado de acordo com o Artigo 106 da Resoluo 414 de 2010 da

ANEEL, ou seja, quantidade de energia utilizada (kWh) multiplicada pela tarifa de

energia da Classe B1 (ABRADEE, 2015).

FC = C x TC (1)

TC = TE + TUSD (2)

Onde:

FC - Valor da fatura (R$)

C - Consumo de energia eltrica medido no ms (kWh)

TC - Tarifa de consumo (R$/kWh)

TE - Tarifa de energia

TUSD - Tarifa de Uso do Sistema de Distribuio

O valor da tarifa de energia, fixado pela ANEEL, definida pela rea de

concesso e pode variar de acordo com o territrio geogrfico onde cada empresa

distribuidora fornece energia, se a rea coincide com a de um estado, a tarifa

nica naquela unidade federativa, caso contrrio, poder haver tarifas diferentes

dentro do mesmo estado (ENERGIA, 2015).

A partir de janeiro/2015, um novo mecanismo de transparncia e de

sinalizao de preo foi introduzido no clculo da fatura de energia: as Bandeiras

Tarifrias. Tendo como objetivo mostrar aos consumidores o real estado da gerao

de energia eltrica, podendo assim o preo final da energia aumentar ou diminuir

conforme maior ou menor utilizao de usinas termeltricas (ABRADEE, 2015).

At o presente momento (junho/2016), a tarifa de energia para a classe B1 na

distribuidora COPEL definida conforme a Figura 3.

25

Figura3 Valores R$/kWh. Fonte: Adaptado de COPEL (2015b).

Simplificadamente levam-se em conta trs custos distintos que compe a

tarifa de energia eltrica: gerao de energia, transmisso e distribuio, encargos e

tributos, como pode ser verificado na Figura4.

Figura4 Custo embutidos na fatura de energia. Fonte: ENERGIA (2015).

2.3.1. Componentes TUSD e TE

O valor homologado para a energia consumida composto pelos custos

relacionados a toda cadeia produtiva, sendo esses custos distribudos em duas

parcelas, como citado anteriormente, uma referente aos custos da energia eltrica

para a revenda (TE), e a outra relacionada aos custos do uso do sistema de

distribuio (TUSD) (ANEEL, 2015b).

A TUSD reflete os custos da rede de distribuio e a remunerao da

distribuidora pela prestao do servio ao consumidor final, atualmente subdividida

em Fio A e Fio B, em que cobrada do consumidor a parcela relativa ao transporte

de energia mais a remunerao da distribuidora e a parcela encargos, componente

que tem por objetivo restituir a distribuidora pelos encargos e tributos que so

repassados aos rgos competentes (COPEL, 2015a).

26

A Figura5 apresenta os 3 componentes de custo da TUSD, como transportes,

encargos e perdas.

Figura5 Funes de custo da TUSD. Fonte: ANEEL (2015b).

A parcela correspondente ao transporte est relacionada aos custos pelo uso

de ativos da prpria distribuidora e de terceiros, a parcela referente s perdas,

recupera os custos das perdas tcnicas e no tcnicas do sistema de distribuio. A

componente relacionada aos encargos visa recuperar os custos sobre projetos de

P&D, PROINFA, o ONS e outras iniciativas para fortalecer e desenvolver o setor

eltrico (ANEEL, 2015b).

De acordo com Menezes, os custos com a aquisio de energia,

responsveis pela composio TE, tambm so definidos em processos de reajuste

ou reviso tarifria e so repassados integralmente aos consumidores, sem auferir

margens de lucro s distribuidoras de energia.

Para a composio dos valores do TE so utilizados quatros componentes:

energia, transporte, perdas e encargos, apresentado na Figura 6.

27

Figura6 Funes de custo da TE. Fonte: ANEEL (2015b).

A componente energia responsvel por recuperar os custos pela compra de

energia eltrica destinada revenda para o consumidor, incluindo os custos com a

energia comprada de Itaipu, conforme o contrato estabelecido com o Paraguai. A

componente encargos refere-se aos encargos gerados pela reserva de energia

(EER), contribuies pelo uso de recursos hdricos (CFURH) e P&D. A componente

transporte recupera os custos gerados pela transmisso de energia de Itaipu e a

componente de perdas refere-se s perdas na rede bsica, proveniente de

consumidores cativos (ANEEL, 2015b).

2.4. CURVA DE CARGA

Define-se curva de carga como a curva que apresenta a demanda em funo

do tempo, D(t), para um dado perodo de T (SOUZA et al., 2010, p. 776). A curva de

carga a representao da unio de pontos mdios das bases superiores de

retngulos de largura delta(t), e a ordenada mxima da curva define a demanda

mxima, Dm. Uma curva de carga genrica representada na Figura 7.

28

Figura7 Curva de carga de demandas. Fonte: SOUZA et al. (2010).

Ainda segundo Souza et. al. (2010), cada consumidor apresenta um tipo de

curva de carga padro. Existem vrios tipos de curvas de carga padro para os

diversos consumidores industriais, contudo o foco deste trabalho o consumidor

residencial. Para este, esperado que apresente um comportamento de consumo

relativamente uniforme durante o dia, e no perodo de pico o consumo cresa

consideravelmente.

Na Nota Tcnica n175 correspondentes ao Terceiro ciclo de revises

tarifrias das concessionrias de distribuio de energia eltrica da COPEL

(ANEEL, 2012), foi obtido o grfico padro de consumo residencial para o estado do

Paran conforme Figura 8, curva que ser utilizada como base para futuras anlises

do consumo residencial deste trabalho. Para o momento, observa-se que

caracterstica da curva ascendente, com um pico de consumo entre as 18h e

20h.

Figura8 Grfico de comportamento de carga do consumidor residencial no estado do Paran mostrado hora a hora. Fonte: ANEEL (2012).

29

2.5. CONSUMO RESIDENCIAL DE ENERGIA ELTRICA NO BRASIL

Para o presente trabalho pertinente mostrar a representatividade do setor

residencial no consumo total de energia eltrica no Brasil. O grfico da Figura

9apresenta esse consumo em porcentagem no perodo de janeiro a julho de 2015. O

setor residencial representa aproximadamente 30% do consumo total.

Figura9 Consumo de Energia eltrica (%) janeiro a julho 2015. Fonte: EPE (2015a).

importante destacar que:

O setor Residencial Brasileiro formado por um grupo

bastante heterogneo de consumidores, principalmente no que se

refere ao perfil de posse e uso de eletrodomsticos. Isso pode ser,

em parte, explicado pelas variaes de renda familiar que exercem

grande influncia nos hbitos de consumo de energia eltrica nos

domiclios e pela diversidade climtica (em funo da grande

expanso territorial) (PROCEL, 2005, p.37).

Essa diversidade evidenciada no setor Residencial reflete na alta variabilidade

de consumo durante os meses do ano.

No grfico apresentado na Figura10 mostrado a variabilidade de consumo

durante os meses do ano. Houve uma elevao de aproximadamente 6% no

consumo de energia eltrica em janeiro de 2015 se comparado ao mesmo perodo

do ano passado. Contudo, nas residncias o consumo de eletricidade atingiu

30

10.123 GWh em julho, representado uma queda de 5% em relao a 2014 - a maior

j registrada nos ltimos 10 anos (EPE, 2015b), portanto possvel observar uma

variao considervel de consumo ( -11%).

Figura10 Consumo de Energia eltrica (%) janeiro a julho2015. Fonte: Adaptado de EPE (2015a).

Segundo EPE (2015b) essa variao de consumo atpica explicada pelo

cenrio econmico desfavorvel, tarifas de eletricidade mais elevadas, reduo do

poder aquisitivo e temperaturas mais amenas.

Embora o contexto atual seja de retrao momentnea de consumo, a

tendncia geral de crescimento. O que se observa no perodo entre 1990 e 2012

um crescimento de aproximadamente 140% do consumo de eletricidade residencial

conforme o grfico da Figura 11. Evidencia-se a necessidade de investimentos em

pesquisas nesse setor para que seja capaz de estimar o crescimento de consumo

para os prximos anos.

9000000,0

9500000,0

10000000,0

10500000,0

11000000,0

11500000,0

12000000,0

12500000,0

13000000,0

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL

Co

nsu

mo

de

en

erg

ia e

ltr

ica

(MW

h)

2015* 2014 2013

31

Figura11 Evoluo do nmero-ndice do consumo residencial de energia e Eletricidade, do consumo das famlias e do nmero de domiclios (1990= 100).

Fonte: EPE (2014).

Alm de estimar o crescimento de consumo, outro fator importante

determinar como utilizada essa energia por parte dos consumidores residenciais.

Os grficos que explicitam os tipos de carga utilizadas so de fundamental

importncia para conhecer os diferentes usos finais nas residncias, que contribuem

para o pico de carga, visto que o setor residencial um dos principais contribuintes

para o pico de consumo do sistema (KONOPATZKI et al., 2013, pg.06). O grfico

da Figura 12estima o consumo de eletrodomsticos de acordo com o uso hipottico

de uma residncia com consumo mensal mdio de 220 kWh/ms.

Figura12 Estimativa de consumo por eletrodomsticos de acordo com uso hipottico de uma residncia com consumo mensal mdio de 220 kWh/ms. Fonte: COPEL (2015c).

32

O chuveiro eltrico e a iluminao aparecem como maiores contribuintes no

consumo de energia eltrica, 44,51% e 21,04%, respectivamente, enquanto a

televiso representa aproximadamente 10%. Esses percentuais podem variar de

acordo com cada tipo de consumidor residencial.

Estimar o consumo de energia de acordo com os tipos de carga presentes em

uma residncia auxilia a justificar a caracterstica da curva de carga do setor

residencial e pode auxiliar o consumidor a decidir sobre possveis mudanas de

hbitos visando reduo do consumo de energia, caso a tarifa branca entre em

vigor nos prximos anos.

2.6. CRITRIOS PARA ANLISE DOS COMPONENTES DE HARDWARE.

Devido vasta diversidade de fabricantes, de componentes eletrnicos e de

microcontroladores presentes no mercado atual, estabeleceram-se, a partir dos

objetivos e da aplicao desse projeto, critrios fundamentais que auxiliaram a

escolha dos componentes e da topologia do modelo proposto. Os critrios adotados

foram os seguintes:

Relao custo/benefcio: Por se tratar de um trabalho acadmico, optou-se

pela escolha de componentes financeiramente acessveis aos integrantes da

equipe deste projeto, e que, prioritariamente, fossem adquiridos os de menor

custo possvel, desde que atendessem satisfatoriamente s necessidades da

topologia apresentada.

Hardware e/ou vrios componentes de software livres: Optou-se tambm,

pela utilizao de plataformas de prototipagem livre e de cdigo aberto,

caractersticas consideradas importantes pelos membros da equipe deste

trabalho, por fomentar a utilizao de tecnologia acessvel populao. Como

o intuito principal deste trabalho trata-se da criao de um aplicativo para

acompanhamento de consumo de energia eltrica, buscou-se a mais

simplificada topologia para se atingir o objetivo secundrio deste trabalho: a

coleta e o armazenamento dos dados a serem utilizados pelo aplicativo.

33

Popularidade no mercado: Para o desenvolvimento do hardware buscou-se

utilizar modelos de marcas vastamente conhecidas no mercado e no meio

acadmico, com o objetivo de se obter um amplo suporte de informaes a

respeito dos componentes e dos dispositivos a serem utilizados. Tal critrio

visa a economia de tempo, tanto na soluo de possveis problemas que

possam surgir durante o desenvolvimento do projeto, quanto em medidas que

possam evit-los pelo fato de j terem sido difundidos e conhecidos pela

comunidade de seus usurios.

Tais critrios foram estabelecidos em consenso entre os membros dessa

equipe e foram os que mais se adequaram nesse projeto especificamente. A

topologia escolhida para este trabalho apenas uma dentre muitas outras que

satisfazem os objetivos priori. Os componentes e as marcas utilizadas foram

analisados apenas para sua utilizao na topologia aqui abordada e sob os critrios

aqui estabelecidos anteriormente.

2.7. DESCRIO E JUSTIFICATIVAS PARA AS ESCOLHAS DOS

COMPONENTES DO SISTEMA.

Esse tpico aborda as descries das principais caractersticas de cada

componente em questo, e os motivos de sua devida escolha quando houver

necessidade.

2.7.1. Arduino MEGA 2560

O site oficial da plataforma Arduino o define como sendouma plataforma de

prototipagem eletrnica open-sourceprojetado a partir de um microcontrolador

ATMEL AVR. As placas da linha Arduino possuem baixo custo de produo, so

flexveis e expansveis, pois seguem a filosofia de expanso de perifricos

modulares, moldando-se assim ao objetivo de sua utilizao, alm de serem fceis

de se utilizar se comparadas a microcontroladores mais sofisticados presentes no

mercado.

34

Alm da linha Arduino, existem diversos kits e plataformas de

desenvolvimento, presentes no mercado, com caractersticas semelhantes e que

seguem a mesma filosofia de expanso de perifricos por placas/mdulos

adicionais. O LaunchPad MSP430, por exemplo, produzido pela Texas Instruments

(TI), disponibiliza em seu site todas as caractersticas de seus produtos, e muito

semelhante ao Arduino UNO. Os dois modelos possuem caractersticas bastante

semelhantes e preos muito atrativos no mercado vide Tabela 1. Porm, o

LaunchPad MS430 possui licena privativa da Texas Instruments, no sendo

permitido, por exemplo, a sua reproduo ou modificao sem a permisso da

mesma, ao contrrio do Arduino.

A Tabela 1 apresenta as principais caractersticas do modelo da MSP430 da

TI e o modelo UNO da linha Arduino, seguidamente do preo de cada um disponvel

atualmente no mercado. Nota-se a semelhana entre os dois produtos e a diferena

do preo dos mesmos. O Arduino, pelo fato de ser open-source, e possuir hardware

livre, pode ser produzido sem a necessidade de permisso para tal, isso permite que

fabricantes possam oferec-los a preos baixssimos de produo, e

consequentemente, a preos menores que modelos privativos quando comparados

com modelos similares.

Tabela 1 Comparativo TI Launchpad MSP430 e Arduino Uno.

TI Launchpad MSP430 ArduinoUno

Microcontrolador TI M430G2553 ATMega328p

Data Bus 16 bit 8 bit

Velocidade 16 MHz 16 MHz

EPROM 16 KB 32 kB

RAM 512 B 2 kB

Digital I/O 8 CHANEELs 14 CHANEELs

Analog I/O 8 CHANEELs 6 CHANEELs

Custo do Kit $9.99 @ TI.com $3.65 @ ebay.com

Frete $7.00 @ TI.com freeshipping

@ebay.com

Fonte: Adaptado de Arduino (2015b) e Instruments (2015).

Alm das caractersticas supracitadas, o modelo da MSP430 ainda possui

dimenses muito semelhantes as do Arduino UNO, como evidencia a Figura 13.

35

Figura13 LaunchPad MSP430 e Arduino UNO.

Fonte: HARDWARE (2013).

Contudo, devido necessidade de grande quantidade de entradas para os

sensores de corrente e tenso e demaismdulos presentes na topologia proposta,

optou-se pelo modelo ArduinoMega 2560 em vez do modelo Arduino UNO, sendo

este ltimo considerado o modelo bsico da linha Arduino. O ArduinoMega custa em

torno de US $7,96 enquanto uma placa clone do Arduino UNO encontrado por US

$3,65 em sites populares de compras online.

O ArduinoMega2560, segundo site da plataforma Arduino, uma placa

baseada no microcontrolador ATMega2560. Ele possui 54 pinos digitais de

entrada/sada (dos quais 15 podem ser utilizados como sadas PWM), 16 entradas

analgicas, 4 UARTs (portas seriais de hardware), um cristal oscilador de 16 MHz,

uma conexo USB, um cabo fonte, um conector ICSP, e um boto de reset. A Figura

14 apresenta um resumo das caractersticas fsicas do ArduinoMega 2560.

Figura14 Resumo das caractersticas do ArduinoMega 2560Fonte: Embarcados, 2013.

Uma das vantagens de se utilizar placas pr

mesma j contm todos os componentes necessrios para apoiar o

microcontrolador, basta conect

com um adaptador AC-CC ou bateria para pro

2.7.2. Ambiente de desenvolvimento Integrado do Arduino

Segundo o site da plataforma Arduino, o Ambiente de desenvolvimento

Integrado do Arduino - ou Arduino

escrever cdigo, uma rea de mensagens

ferramentas com botes para funes comuns e uma srie de menus. Ele se

comunica ao hardwareArduino para carregar programas.

A IDE do Arduino til para este trabalho em sua fase inicial, pois pode

tanto programar o microcontrolador quanto verificar as informaes registradas no

mesmo de forma rpida e eficiente, facilitando o processo de verificao da correta

execuo do programa e correo de erros caso seja necessrio.

Resumo das caractersticas do ArduinoMega 2560. Fonte: Embarcados, 2013.

Uma das vantagens de se utilizar placas pr-fabricadas como essa que a

mesma j contm todos os componentes necessrios para apoiar o

microcontrolador, basta conect-lo a um computador com um cabo USB ou lig

CC ou bateria para program-lo.

Ambiente de desenvolvimento Integrado do Arduino IDE

Segundo o site da plataforma Arduino, o Ambiente de desenvolvimento

ou Arduinosoftware (IDE) - contm um editor de texto para

escrever cdigo, uma rea de mensagens, um console de texto, uma barra de

ferramentas com botes para funes comuns e uma srie de menus. Ele se

Arduino para carregar programas.

A IDE do Arduino til para este trabalho em sua fase inicial, pois pode

microcontrolador quanto verificar as informaes registradas no

mesmo de forma rpida e eficiente, facilitando o processo de verificao da correta

execuo do programa e correo de erros caso seja necessrio.

36

fabricadas como essa que a

mesma j contm todos os componentes necessrios para apoiar o

lo a um computador com um cabo USB ou lig-lo

Segundo o site da plataforma Arduino, o Ambiente de desenvolvimento

contm um editor de texto para

, um console de texto, uma barra de

ferramentas com botes para funes comuns e uma srie de menus. Ele se

A IDE do Arduino til para este trabalho em sua fase inicial, pois pode-se

microcontrolador quanto verificar as informaes registradas no

mesmo de forma rpida e eficiente, facilitando o processo de verificao da correta

execuo do programa e correo de erros caso seja necessrio.

37

3. DESENVOLVIMENTO

3.1. MODELO PROPOSTO

Neste captulo so abordados, a partir do modelo de topologia proposto, como

os dados de tenso e corrente sero condicionados, coletados, armazenados,

enviados e visualizados por meio de uma interface grfica.

So apresentados os critrios de escolha dos componentes eletrnicos

utilizados, a descrio dos mesmos, bem como sua disposio no projeto. Dentre os

componentes principais podemos citar o microcontrolador ATMega2560 presente na

plataforma de desenvolvimento Arduino, os mdulos conectados ao mesmo, e os

sensores.

Para o microcontrolador, a linguagem de programao utilizada pode ser

tanto em C quanto em C++, em que esta ltima compe a verso do primeiro

modelo com orientao a objetos.

Tambm apresentada a linguagem de programao do sistema de interao

com o usurio, chamada de Python que ser abordado o desenvolvimento de um

programa intuitivo que utiliza arquitetura flexvel com a orientao ao objeto.

3.1.1. Topologia do modelo proposto

A Figura 15 apresenta a topologia do modelo proposto, nela constam os

respectivos componentes utilizados.

38

Figura15 Topologia de hardware adotada para o desenvolvimento do sistema. Fonte: Autoria Prpria.

Resumidamente, o microcontrolador coleta valores de tenso e corrente do

sistema utilizando sensores e conversores analgico-digital, perifricos integrados

ao ATMega2560. Estes valores, aps so submetidos ao processo de

condicionamento e digitalizao, so armazenados, juntamente com data e hora,

sendo a data e a hora disponibilizadas pelo mdulo, RTC Real Time Clock

conectado ao ATMega2560 via I2C, em um carto SD em forma de documento de

texto (.txt) atravs do mdulo SD integrado ao Arduino (comunicao serial SPI).

Os dados armazenados no carto SD so enviados via Wi-Fi, (atravs do

mdulo Wi-Fi tambm conectado placa) possibilitando, dessa forma, acesso

remoto aos dados armazenados no local (carto SD). Ao adquirir esses dados por

meio de um servidor web o aplicativomostra os valores da potncia consumida em

Watts e apresenta graficamente, por circuito, as curvas de consumo de energia

eltrica (Watts) durante o perodo de tempo (horas, minutos, segundo) solicitado

anteriormente pelo usurio, estas potencias so referentes a multiplicao dos

valores de corrente (Irms) e tenso (Vrms) efetuados j no programa do Arduino.

3.1.2. Sensores de Corrente

Para facilitar a instalao dos sensores de corrente eltrica no local de

medio, optou-se pelo uso de se

assim, grandes modificaes ou alteraes no local.

O modelo SCT013, apresentado na

requisitos estabelecidos neste trabalho. Constitudo basicamente por um

transformador de corrente e um resistor de referncia, seus modelos variam de

acordo com o valor de corrente nominal de entrada, podendo estes

15 A, 20 A, 25 A, 30 A, 50 A, 60 A e 100 A, e com sada em tenso de 0 a 1 V,

exceto o modelo de 100 A que possui sada em corrente que varia de 0 a 33 mA.

Figura16Fonte:

A Figura 17 apresenta algumas caractersticas do modelo SCT013

fornecidas pelo fabricante. Este modelo custa em torno de US $5,80 adequando

ao critrio de custo.

Sensores de Corrente

Para facilitar a instalao dos sensores de corrente eltrica no local de

se pelo uso de sensores no intrusivos de corrente, evitando

assim, grandes modificaes ou alteraes no local.

O modelo SCT013, apresentado na Figura 16, adequa-se perfeitamente aos

requisitos estabelecidos neste trabalho. Constitudo basicamente por um

transformador de corrente e um resistor de referncia, seus modelos variam de

acordo com o valor de corrente nominal de entrada, podendo estes

15 A, 20 A, 25 A, 30 A, 50 A, 60 A e 100 A, e com sada em tenso de 0 a 1 V,

exceto o modelo de 100 A que possui sada em corrente que varia de 0 a 33 mA.

16 Sensor de Corrente no intrusivo SCT013Fonte: BEIJING (2015).

apresenta algumas caractersticas do modelo SCT013

fornecidas pelo fabricante. Este modelo custa em torno de US $5,80 adequando

39

Para facilitar a instalao dos sensores de corrente eltrica no local de

nsores no intrusivos de corrente, evitando-se,

se perfeitamente aos

requisitos estabelecidos neste trabalho. Constitudo basicamente por um

transformador de corrente e um resistor de referncia, seus modelos variam de

acordo com o valor de corrente nominal de entrada, podendo estes ser de 5 A, 10 A,

15 A, 20 A, 25 A, 30 A, 50 A, 60 A e 100 A, e com sada em tenso de 0 a 1 V,

exceto o modelo de 100 A que possui sada em corrente que varia de 0 a 33 mA.

Sensor de Corrente no intrusivo SCT013.

apresenta algumas caractersticas do modelo SCT013-030A

fornecidas pelo fabricante. Este modelo custa em torno de US $5,80 adequando-se

40

Figura17 Datasheetmodelo SCT013-30. Fonte: BEIJING (2015).

3.1.3. Sensores de Tenso

Para a coleta de tenso foi utilizado um transformador abaixador AC-AC de

127Vrms - 5Vrms conectado direto no circuito de entrada da caixa de ligao. O sinal

de 5 Vrms passar por um divisor de tenso com proporo igual a , sendo que este

deve ficar entre 1,0 Vp e 1,5 Vp aps o divisor de tenso. Este sinal, em seguida,

referenciado em 2,5 V com o auxlio de um capacitor, este conectado a um divisor

de tenso composto por dois resistores de mesmo valor. Assim, o Arduino consegue

ler o novo sinal, este agora variando entre 4V e 1V, dando margem para possveis

flutuaes do sinal de tenso do sistema.

Porm, o sinal das entradas analgicas do Arduino deve ser de corrente

contnua e variar entre 0V e 5V caso a referncia do mesmo seja o GND. Como o

sinal continua alternado tendo componente positiva e negativa, precisa-se elevar o

mesmo para que se extinga a tenso negativa, mantendo a forma de onda senoidal

caracterstica da corrente alternada, s que agora, inteiramente positiva.

A Figura 18 apresenta um diagrama do circuito utilizado para a aquisio e o

condicionamento do sinal de tenso, como se pode ver, a entrada do Arduino ficou

entre 2,82 V e 3,91 V, no extrapolando os limites admissveis para o mesmo (0-5V).

41

Foram utilizados resistores de 200k e 50 k para o primeiro divisor de

tenso com proporo de 1/4 e dois resistores de 100k para o segundo divisor de

tenso.

Figura18Diagrama do circuito projetado para a aquisio e o condicionamento do sinal de tenso. Fonte: Autoria Prpria.

3.1.4. Mdulo Clock

Para a referncia de tempo atrelado aos valores de corrente e tenso a serem

armazenadas, optou-se pela utilizao do mdulo Real Time Clock (RTC). Este

constitudo por um relgio de tempo real com calendrio completo e mais de 56

bytes de RAM, sendo capaz de fornecer informaes como segundo, minutos, dia,

data, ms e ano. Correes como meses com menos de 31 dias e anos bissextos

so feitas automaticamente. O mdulo pode ser encontrado em mdia por R$ 20,00,

adequando-se ao critrio custo.

Em sua placa h um circuito que detecta falhas de energia, acionando assim

automaticamente a bateria auxiliar para que no haja perda de sincronismo. O

mdulo utiliza comunicao via protocolo I2C para a transferncia de dados com o

42

microcontrolador. Este RTC opera tanto no formato 12horas como 24horas (Arduino,

2015a).

O protocolo I2C pode ser resumido como: uma comunicao em 2 fios, o SDA

- Serial Data pino de transferncia de dados, e o SCL- Serial Clock responsvel

pela temporizao entre os dispositivos, de modo que a comunicao pelo SDA

garanta a confiabilidade da transmisso. Tanto o envio quanto a recepo

de dados so realizadas utilizando a linha SDA, ou seja, uma linha bidirecional de

comunicao (REIS, 2014).

A Figura 19 apresenta um modelo de ligao com a placa Arduino.

Figura19 Conectado RTC DS1307 ao Arduno Fonte: FilipeFlop (2015).

3.1.5. Mdulo Wi-Fi - Comunicao para acesso remoto

Para comunicao entre o Arduino e a plataforma computacional optou-se

pela utilizao de um mdulo sem fio ao invs de comunicao fsica, facilitando a

instalao e a desinstalao do mesmo. O mdulo em questo o ShieldWi-Fi

Serial EPS 8266 - modelo 12 - ESP12E que suporta as redes 802.11 b/g/n, podendo

trabalhar como um Ponto de Acesso (Acess Point) ou como uma Estao (Station).

Ele ser capaz de enviar os dados para o aplicativo atravs de um servidor

online enquanto sua comunicao com o Arduno serial. Adequa-se ao critrio

custo pelo fato de poder ser adquirido por R$30,00 no Brasil ou U$ 3,00 no EUA. A

Figura 20 apresenta a caracterstica fsica do modulo Wi-Fi.

43

Figura20 - Caracterstica fsica ShieldWi-Fi. Fonte: ESP8266 (2015).

3.1.6. Mdulocarto SD - Banco de dados

Optou-se pela utilizao do mdulo Carto SD para a armazenagem dos

dados coletados, o qual suporta formatos de arquivo FAT16 e FAT32, e alimentao

de 3.3V ou 5V.

A comunicao feita pela interface SPI (pinos MOSI, SCK, MISO e CS), e o

nvel de sinal de comunicao de, no mximo, 3.3V, exigindo um divisor de tenso

para ligao microcontroladores que trabalhem com 5V, como o Arduino. A Figura

21 apresenta as caractersticas fsicas do mdulo SD.

Figura21 Mdulo SD Card. Fonte: FILIPEFLOP (2015).

44

A interface Serial Peripheral Interface (SPI) um protocolo de dados em srie

sncrona usado por microcontroladores para comunicar com um ou mais dispositivos

perifricos rapidamente a distncias curtas. Ele tambm pode ser usado para

comunicao entre dois microcontroladores (Arduino, 2015a).

Ao utilizar a ligao SPI, h sempre um dispositivo mestre (geralmente um

microcontrolador), que controla os dispositivos perifricos. Normalmente existem trs

linhas comuns a todos os dispositivos:

MISO (Master Em Slave Out) - A linha de Slave para o envio de dados para o

mestre;

MOSI (Master Slave Out In) - A linha mestre para enviar dados para os

perifricos;

SCK (Clock Serial) - Os pulsos de clock que sincronizam a transmisso de

dados gerado pelo mestre e uma linha especfica para cada dispositivo.

A Figura 22 apresenta um modelo de ligao do modulo carto SD com a

placa Arduino Uno com o auxlio de uma protoboard.

Figura22 Ligao Mdulo SD com Arduino Uno utilizando uma protoboard. Fonte: FILIPEFLOP (2015).

45

3.1.7. Programao do sistema de interao com o usurio

Um dos objetivos principais do presente trabalho a construo de sistema

supervisrio para acompanhamento de consumo de energia eltrica residencial que

possibilite a interao do usurio com o sistema de monitoramento.

Para a criao da interface do aplicativo escolheu-se o Python, um software

livre com linguagem de programao simples e clara, mas poderosa, podendo ser

usada para administrar sistemas e desenvolver grandes projetos (MENEZES,2014).

Como um software livre, disponvel praticamente para qualquer tipo de

computador, sua utilizao no envolve a aquisio de licenas de uso, muitas

vezes a um custo proibitivo.

O Python foi criado em 1990 por Guido van Rossum, no Instituto Nacional de

Pesquisa para Matemtica e Cincia da Computao da Holanda (CWI), tinha

originalmente foco em usurios como fsicos e engenheiros, concebido a partir de

outra linguagem existente na poca, chamada ABC. Hoje, a linguagem bem aceita

na indstria por empresas de alta tecnologia, tais como (BORGES,2010):

Google (aplicaes Web);

Yahoo (aplicaes Web);

Microsoft (IronPython: Python para .NET);

Nokia (disponvel para as linhas recentes de celulares e PDAs);

Disney (animaes 3D).

Essa linguagem inclui diversas estruturas de alto nvel (listas, dicionrios,

data/hora, complexos e outras) e uma vasta coleo de mdulos prontos para uso.

Ela suporta programao modular e funcional, alm da orientao a objetos (mesmo

os tipos bsicos no Python so objetos) (BORGES,2010).

O ambiente de desenvolvimentoutilizado no trabalho foi o Spyder, um

ambiente de desenvolvimento de cdigo aberto que fornece tambm recursos

MATLAB, disponveis para todas as principais plataformas (Windows, Linux, MacOS

X) (PYTHON, 2015).

Dentro do Spyderser utilizado a ferramenta QtDesigner para a gerao

dainterface grfica, essa ferramenta cria uma interface com grficos, tabelas, botes

46

de escolha dentre outras opes, o que faz com que a interao do aplicativo com o

usurio fique fcil de ser compreendido (QT, 2016).

Aps a finalizao da interface grfica no QtDesigner, o programa gera o

cdigo em linguagem Python para ser utilizado junto com o restante da programao

para a criao do aplicativo.

Este aplicativo recebe do Arduino atravs do servidor online apenas os

valores de potncia em Watts, pois, aps a coleta de tenso e corrente o programa

contido do Arduino utiliza estes dados para realizar os clculos e enviar a

informao via Wi-Fi.

O aplicativomostra uma tela no qual o usurio pode escolher visualizar o

consumo de energia potncia (Watts) em tempo real ou por meio de histrico, este

ltimo o usurio pode optar por visualizar em forma de grfico por perodo de tempo,

tambmescolhido pelo mesmo, ou, visualizar apenas em tabela. Vale ressaltar que

ser necessrio o funcionamento por tempo mnimo para a visualizao de histrico

e que este tempo foi definido e ajustado a partir da implementao do sistema e que

de 24 horas.

Definidos os componentes de hardware, software auxiliar e parmetros

preliminares da ferramenta computacional, juntamente com a topologia de operao

do sistema, entendidas aqui como sendo a topologia de hardware e o croqui do

modelo lgico, comps-se o alicerce para dar prosseguimento ao desenvolvimento

do projeto, ou seja, a implementao do mesmo.

A interface do aplicativo ser mostrada posteriormente no capitulo 4.

47

4. RESULTADOS E DISCUSSES

Neste capitulo apresentado os resultados obtidos aps as coletas realizadas

pelo Arduino e apresentada pelo aplicativo. Tambm foi descrito as dificuldades

encontras durante a realizao deste trabalho e as solues tomadas.

4.1. AQUISIO DE TENSAO (VRMS) E CORRENTE (IRMS) PARA CLCULO DE

POTNCIA ATIVA [W]

Esta fase de testes teve por objetivo a implementao do programa no

Arduinoa aquisio da tenso e corrente atravs dos sensoresapresentados no

captulo 3.

Para a validao do mdulo de tenso e corrente, foi compilado um cdigo

simplificado no Arduino que utiliza a biblioteca Emonlib.h. Os valores obtidos de

tenso e corrente em rms foram apresentadosna interface serial da IDE do Arduino.

Durante o testede tenso utilizou-se em paralelo um multmetro para a

verificao dos valores obtidos por essa interface serial, conforme a Figura 23.

Figura23 Verificao e validao dos valoresde tenso (Arduino e multmetro). Fonte: Autoria Prpria.

48

Durante o teste de corrente utilizou-se uma carga de baixa potncia para no

ultrapassar a corrente mxima recomendada do multmetro, este colocado em srie

com o circuito para a comparaodos resultados, conformeFigura 24.

Figura24Verificao e validao dos valoresde corrente (Arduino e multmetro). Fonte: Autoria Prpria.

Para o clculo de erro do programa, utilizou-se o valor do multmetro como

parmetro e real, obtendo assim um erro de 0,19% para valor de tenso em rms e

0,16% para corrente em rms.

Para obter o valor do programa, foi realizado a mdia dos valores encontrados,

a equao a seguir explica o clculo do erro de tenso (3) e corrente (4) realizado:

(3)

(4)

49

Onde:

Vmprm- Mdia de 35 valores de valor de tenso em rmsfornecidos pelo

programa;

Vmlrms - Valor de tenso em rms encontrado no multmetro;

Amprm- Mdia de 35 valores de valor de corrente em rms fornecidos pelo

programa;

Amlrms - Valor de corrente em rms encontrado no multmetro;

4.2. VERIFICAO DA VARIAO DA POTNCIA

Aps a validao da aquisio de corrente e tenso, a prxima etapa foi

gravar no carto SD a potncia calculada em funo do tempo de coleta, com o

auxlio do mdulo RTC e mdulo SD.

A Figura 25 apresenta a instalao do prottipo em um quadro de

distribuioresidencial para a aquisio de dados de tenso e corrente. Neste caso

os sensores foram instalados nos seguintes circuitos:

Sensor 01 Iluminao; Sensor 02 Tomadas de uso geral; Sensor 03 Chuveiro.

50

Figura25Prottipo desenvolvido aplicado a uma instalao eltrica. Fonte: Autoria Prpria.

O .txt criado pelo cdigo implementado no Arduino informa na primeira coluna

a data (dia/ms/ano), na segunda coluna o horrio (hora: minuto: segundo) da

leitura, seguido pelo valor de potncia (watts) dos sensores 01, 02 e 03,

respectivamente, conforme Figura 26.

51

Figura26Arquivo .txt gravado no carto SD Potncias. Fonte: Autoria Prpria.

Os dados gravados no arquivo com extenso .txt so enviados pelo mdulo Wi-

Fi recebidos pelo aplicativo atravs de um servidor gratuitocom endereo

http://tccmeninas.dynv6.net criado para este fim.

4.3. IMPLEMENTAO DO APLICATIVO PARA ACOMPANHAMENTO DE

CONSUMO DE ENERGIA ELETRICA

Ao abrir o aplicativo, o mesmo recebe atravs do servidor criado as

informaes enviadas pelo modulo Wi-Fi e cria um arquivo .txt com o histrico das

coletas realizadas, esse arquivo ser a base de utilizao do aplicativo.

Caso o arquivo gerado no contenha informao de coleta, a tabela

apresentada ficar em branco, podendo ser visualizado na Figura 27.

52

Figura27 Tela inicial do aplicativo em branco. Fonte: Tela do aplicativo.

Na tela do aplicativo tambm esto presentes algumas opes de

visualizao

a) Tabela para visualizao dos dados contendo 5 colunas: data, horrio,

Potncia 01, Potncia 02, Potncia 03;

b) 2 opes de Refresh: o boto Refresh atualiza os dados na tabela

apenas uma nica vez, o boto AutomaticRefresh atualiza os dados na

tabela constantemente at ser desativado.

c) Filtro de data: o usurio poder escolher a data inicial e final que

deseja consultar, essas informaes sero mostradas na tabela abaixo.

d) Opo de grfico: Poder ser visualizada o grfico de cada potncia

individualmente ou de forma conjunta, os grficos s podero ser

visualizados caso caixa de AutomaticRefresch estiver desativada.

Na Figura 28 podemos observar as opes disponveis no aplicativo conforme

descrito acima.

53

Figura28 Opes do aplicativo. Fonte: Tela do aplicativo.

Como descrito na opo d do aplicativo, pode-se visualizar os grficos de

potncia consumida apenas por circuito Figura 29 ou, comparando os 3 circuitos

monitorados conforme Figura 30.

d

c

a

b

54

Figura29 Potncia consumida por circuito Fonte: Autoria Prpria

A Figura 29 apresenta o consumo de potncia no circuito de iluminao

durante um perodo de aproximadamente 33h. possvel verificar os intervalos em

que o circuito de iluminao permanece desligado devido a utilizao de luz natural

no interior da casa. Constata-se tambm, os picos de consumo no incio da manh

entre as 4 e 8 horas, evidenciando a rotina do consumidor da casa analisada.

Na Figura 30 visualiza-se o consumo de potncia dos trs circuitos

analisados:

Em vermelho circuito chuveiro (sensor 03); Em preto circuito de iluminao (sensor 01); Em azul circuito de tomadas de uso geral (sensor 02).

Nota-se que ospicos de consumo (aproximadamente s 8 horas e 21 horas)

so decorrentes da utilizao do chuveiro eltrico que corresponde a maior parcela

de potncia consumida nestes horrios.Pode-se observar tambm a variao do

consumo do circuito de tomadas de uso geral, caracterizando a diversificao de

aparelhos eltricos utilizados presentes no interior da residncia.

55

Figura30 Comparao das potncias nos 3 circuitos Fonte: Autoria Prpria

4.4. COMPARATIVO ENTRE TARIFA BRANCA E CONVENCIONAL

Ao final da coleta dos trs circuitos de um dia para avaliao, foi encontrado o

valor de aproximadamente 4,6kWh distribudo ao longo das 24h.

Para a realizao do clculo Tarifa Convencional, utilizou-se o valor da Tarifa

aplicada em 2016 pela concessionaria Copel chegando ao valor de R$ 3,53 ao dia.

A ANEEL ainda no definiu o valor da Tarifa Branca, porm, a mesma j

divulgou os horrios que sero cobrados com valores diferenciados - Fora de Ponta,

Intermedirio e Ponta, podendo ser observado na figura 31.

56

Figura 31Comparativo Tarifa Branca e Convencional. Fonte: ANEEL (2016)

Utilizando as informaes de horrio da Figura 31 e comparando com os

valores obtidos pelo aplicativo, podemos verificar que, caso o consumidor avaliado

optasse pela tarifa branca, seria prudente, afim de economizar, tentar reduzir o

consumo do circuito 3 Chuveiro (no caso, deixar de utiliz-lo), entre s 18 e 22

horas, visto que esse horrio possui a maior tarifao durante o dia.

4.5. CUSTOS

A Tabela 2 apresenta os custos de implementao prottipo utilizado neste

trabalho. J esto inclusos nos preos unitrios de cada componente o frete, e os

impostos. Vale ressaltar que os componentes foram adquiridos ao longo do

desenvolvimento deste trabalho sendo cotados com valores diferentes de dlar, por

isso os valores podem sofrer alteraes. Dentre os componentes do prottipo, os

sensores de corrente representaram a maior parcela do custo total (mais de 50% do

custo total).

Contudo, a quantidade necessria dos sensores de corrente varia de acordo

com a necessidade de implementao do sistema (quantidade de circuitos

57

monitorados), podendo encarecer ainda mais caso seja necessrio a utilizao de

mais de trs sensores. Uma opo seria efetuar a compra em lote destes, assim,

consegue-se um preo menor por sensor.

Tabela 2 Comparativo TI Launchpad MSP430 e Arduino Uno.

TABELA DE CUSTOS

QUANT. COMPONENTES R$

3 Sensor Corrente (2x30A+50A) Sct-013- Aliexpress 114,00

1 ArduinoMega - Aliexpress 27,00

3 MdulosWI-FI- Ebay 12,30

1 Mdulo Real Time Clock- Ebay 14,85

1 MduloSD Card Shield - Ebay 12,95

1 Transformador 110V/5V - 7,00

Componentes eletrnicos (diversos) 15,00

TOTAL (custo + frete + imposto) 203,10

Fonte: Autoria Prpria.

4.6. DIFICULDADES ENCONTRADAS

Este tpico apresenta as dificuldades encontradas durante a construo e suas

devidas solues:

No processo de desenvolvimento do cdigo, o modelo proposto foi

implementado em protoboard, pois, em tese facilitaria a readequao de possveis

mudanas devido aos diversos tipos de testes realizados. O modelo, entretanto,

apresentava pouca estabilidade devido s frgeis conexes e a vasta absoro de

rudos o que demandou um tempo maior para o trmino da confeco do que o

tempo previsto na proposta deste trabalho.A soluo encontrada para tal problema

foi revisar todos as conexes, diminuir o mximo possvel o comprimentodos fios

para reduzir os rudos.

O mdulo Wi-Fi,inicialmente, apesar de todas as conexes fsicas com o

Arduino estarem corretas, no respondia ao comando, apresentando instabilidade

de conexo reiniciando diversas vezes sem motivos aparentes. Optamos por

aliment-lo com uma fonte independente AC/DC9V conectada a um regulador de

tenso 9-3,3V ao invs de aliment-lo diretamente pelo Arduino, aps a troca o

58

modulo respondeu adequadamente, comprovando as suspeitas de que o mesmo

necessitava de uma corrente maior do que o prprio Arduinopoderia fornecer.

A partir deste momento a alimentao do mdulo passou a ser a mesma do

Arduino, ou seja, a fonte alimenta o Arduino com 9V e paralelamente o regulador de

tenso 9-3,3V que alimenta o modulo Wi-Fi.

J na implementao do cdigo do aplicativo, a dificuldade encontrada estava

na limitao da quantidade de informaes, os dados estavam sendo coletados e

enviados a cada 1 segundo, sendo assim, a quantidade de informao era imensa

para a confeco do grfico de potncia consumida, a soluo encontrada foi deixar

na informao do grfico o nmero das coletas ao invs de hora e data.

O cdigo do aplicativo, a princpio estava sendo implementado em linguagem

Visual Basic, porm, a cada dificuldade encontrada na programao, perdia-se mais

tempo do que era previstodevido dificuldade em encontrar materiais que pudesse