Tcc 04-12-2014 Final Corrigido

ETEC RODRIGUES DE ABREU CLASSE DESCENTRALIZADA DE AGUDOS

CONTROLE DE NVEL AUTOMATIZADO DE CAIXA DGUA

AGUDOS SO PAULO

2014

ETEC RODRIGUES DE ABREU CLASSE DESCENTRALIZADA DE AGUDOS

Anderson Luis Pires

Andr Luiz Tobaro

Jos Fernando de O. Arruda

Wueliton Queiroz BarbozaWesley Santana da Costa


AGUDOS SO PAULO

2014FOLHA DE APROVAO

Anderson Luis Pires

Andr Luiz Tobaro


Wueliton Queiroz Barboza

Wesley Santana da Costa


Trabalho de concluso de Curso aprovado, apresentando ETEC Rodrigues de Abreu Classe Descentralizada de Agudos SP, no Sistema de Ensino Presencial, como requisito parcial para a obteno do ttulo de Tcnico em Eletrotcnica, com nota final igual a _______, conferida pela Banca Examinadora formada pelos professores:

_______________________________________________

Prof. Jackson Cristiano Gonalves

________________________________________________

Prof. Vinicius Antnio Bardella

________________________________________________

Prof. Rosimeire de Freitas Roveda

AGUDOS SO PAULO

2014DEDICATRIA

Dedicamos aos nossos familiares, colegas de classe e aos professores que nos ajudaram e no mediram esforos para o desenvolvimento e concluso deste projeto.EPGRAFE

Que os vossos esforos desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossvel. Charles ChaplinAGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiramente a Deus, pois ele o princpio de tudo, desde as perdas e conquistas.Agradecemos a nossa coordenadora de projeto do TCC Prof. Rosimeire de Freitas Roveda, que nos apoiou de forma satisfatria para o desenvolvimento do projeto e tambm a todos os professores que nos ajudaram de forma construtiva e incentivadora na concluso do projeto.

Agradecemos aos nossos familiares e colegas de classe que nos acompanharam em todo trajeto do curso e que nos motivaram para mais esta conquista.PIRES, Anderson Luis; TOBARO, Andr Luiz; ARRUDA, Jos Fernando de Oliveira; COSTA, Wesley Santana da; BARBOZA, Wueliton Queiroz; CONTROLE DE NVEL AUTOMATIZADO DE CAIXA DGUA 2014, 34 folhas. Trabalho de Concluso de Curso Tcnico em Eletrotcnica.RESUMO

Hoje em dia, a gua uma ferramenta fundamental e indispensvel para qualquer procedimento em qualquer rea, a falta pode ser muito grave.

O sistema de controle de nvel automatizado de caixa dgua vem para, alm de reabastecer as caixas principais automaticamente, possibilitar a leitura do nvel dos tanques, detectar problemas e tomar as medidas cabveis para resoluo o mais breve possvel, no atrapalhando ou interrompendo qualquer tipo de processo ou procedimento que necessite de gua. O projeto foi elaborado pensando na situao crtica dos reservatrios de gua e tambm na ineficincia no controle e administrao de consumo.

Neste projeto, iremos simular o processo automtico do abastecimento da caixa secundria (que no caso a que recebe gua da concessionria) para a principal (no qual a de consumo do estabelecimento).As caixas dgua sero representadas por dois recipientes de acrlico, os sensores de nveis por duas boias de combustvel veicular, uma bomba de aqurio que ter a mesma funo de uma bomba de gua servida comum, para elevar a gua da caixa secundria para a principal.

Constituir de um circuito impresso para recepo de sinais dos sensores e leituras de nveis dos recipientes. Uma placa micro controlada Arduino, que far as leituras dos sinais e converter a capacidade dos recipientes em porcentagem para ilustrar no visor de lcd que tambm contemplar no projeto. Uma fonte externa de 5 Vdc para alimentao do Arduno e do circuito impresso, sendo assim, no ficando dependente de estar ligado a um computador direto para seu funcionamento, podendo ser instalado em qualquer local que tenha pelo menos uma tomada 127V/220V normal para alimentao da fonte.

Palavras chaves: Controle de nvel, nvel de caixa dgua, indicador de nvel, arduino, componentes eletrnicos.LISTA DE ILUSTRAES

11Figura 1 CAIXA DE POLIETILENO

12Figura 2 CAIXA DE FIBROCIMENTO

12Figura 3 CAIXA DE CONCRETO

13Figura 4 - CIRCUITO INDICADOR DE NVEL

14Figura 5 VISOR DE NVEL COM ESCALA

15Figura 6 BOIA OU FLUTUADOR

17Figura 7 PLACA ARDUNO

18Figura 8 CAIXA DE BRINQUEDO COM ENTRADA PTICA

19Figura 9 LED 5MM VERDE

20Figura 10 RESISTORES

21Figura 11 REL

22Figura 12 - TRANSISTOR BC 548

23Figura 13 DIODO 1N4148

24Figura 14 CAIXAS DE ACRLICOS

25Figura 15 BOIA DE COMBUSTVEL VEICULAR

25Figura 16 DIMENSIONANDO AS BOIAS NAS CAIXAS

26Figura 17 CONFECCIONANDO A PLACA

26Figura 18 TRANSFERNCIA DO DESENHO PARA PLACA

27Figura 19 RETIRANDO O PAPEL DA PLACA

27Figura 20 CORROSO DA PLACA

28Figura 21 PLACA PRONTA PARA PERFURAO

28Figura 22 SOLDANDO COMPONENTES

32Figura 23 - PROGRAMANDO O ARDUNO

SUMRIO101 - INTRODUO

112 - CAIXA DGUA

133 - CIRCUITO PONTO DE PARTIDA

144 - MEDIDORES DE NVEIS LIQUIDOS

144.1 - INTRODUO

144.2 - MEDIO DIRETA

144.2.1 - VISORES DE NVEL

154.2.2 - BIA OU FLUTUADOR

164.3 - MEDIO INDIRETA

164.4 - MEDIO DESCONTNUA

165 - ARDUNO

196 - CONTROLE DE NVEL AUTOMATIZADO

196.1 - COMPONENTES UTILIZADOS

196.1.1 - LED 5MM VERDE

206.1.2 RESISTORES

216.1.3 - REL 5 VDC

226.1.4 - TRANSISTOR BC 548

236.1.5 - DIODO 1N4148

246.2 - MONTAGEM DO PROJETO

296.3 PROGRAMAO

327 - CONCLUSO

1 - INTRODUO

Desde os tempos antigos a humanidade no vive sem a gua, pois na maioria das necessidades do dia-a-dia utiliza-se para a sobrevivncia como para o banho, lavar as mos, cozinhar, entre outros.

Entretanto com o passar dos anos a utilizao da gua era de certa forma irracional, pois no se preocupavam com a falta da mesma. Por isso, h alguns anos atrs foi inventado a caixa dgua ou reservatrios, que na falta, pode se armazenar e usufruir enquanto estiver sem abastecimento da concessionria.Agora, como podemos prevenir que acabe a gua da caixa dgua? Para isso utilizamos as informaes de um sistema indicador de nvel de caixa dgua, e ainda, como enche-la se estiver acabando? Se existir dois reservatrios de gua, poderia utilizar um sistema de indicador de nvel automatizado, usa-se uma bomba de gua servida junto ao sistema, que na qual iremos abordar neste projeto.Neste projeto, iremos simular o processo automtico do abastecimento da caixa secundria (que no caso a que recebe gua da concessionria) para a principal (no qual a de consumo do estabelecimento).2 - CAIXA DGUAA caixa de gua simplesmente um reservatrio que a utilizamos no dia-a-dia caso venha a falhar o fornecimento de gua principal da concessionria. Elas podem ser de vrios tamanhos e tipos de materiais.

O material para construo desta caixa varia de acordo com a necessidade do cliente, para qual finalidade, em qual ambiente ficar e entre outros.

As caixas mais comuns podem ser de Polietileno, Fibrocimento e concreto usinado. A de poliuretano um material plstico, que normalmente usada em residncias, por ser de fcil instalao, melhor custo benefcio e possuir capacidades variadas.

A de fibrocimento (cimento e fibra de amianto) menos usual por ter um custo um pouco mais alto do que a de polietileno, pois a capacidade fica limitada por conta do peso do material e sua instalao no to fcil, dificultando tambm no transporte.

Fonte: http://www.escolher-e-construir.eng.br/materiais/caixas/fibro/fibrocimento.htmA de concreto usinado mais usual em empresas, instituies que geralmente possuem reservatrios subterrneos para abastecimento de um segundo reservatrio. Esses reservatrios podem ser feitos de qualquer capacidade dependendo da necessidade do cliente.Figura 1 CAIXA DE POLIETILENO

Fonte: http://www.tecnologiademateriais.com.br/mt/2010/mala_feira/diversas/18_maior_evento.htmlFigura 2 CAIXA DE FIBROCIMENTO

Fonte: http://www.joli.com.br/blog/index.php/2013/03/01/caixa-da-agua-qual-o-melhor-tipo/Figura 3 CAIXA DE CONCRETO

Fonte: http://www.biocontrolpragas.com.br/servicos1.asp3 - CIRCUITO PONTO DE PARTIDAO circuito mostrado logo abaixo foi o ponto de partida do projeto, onde foi analisado a necessidade de melhorias de informaes, uma vez que, o circuito trabalha com o sinal analgico, porm, neste circuito sua preciso de leitura do nvel de gua ineficiente. A idia do projeto melhorar sua preciso e informaes enviadas para o usurio, dando-lhe uma maior confiabilidade de leitura e tempo hbil para realizar medidas de preveno e acionar empresas terceirizadas para abastecimento das caixas.

Figura 4 - CIRCUITO INDICADOR DE NVEL

Fonte:http://labdegaragem.com/profiles/blogs/construa-um-simples-indicador-de-nivel-para-sua-caixa-d-agua-com-4 - MEDIDORES DE NVEIS LIQUIDOS4.1 - INTRODUOOs dispositivos de medida de nvel medem atravs da oposio da superfcie do lquido variante sobre seu ponto de referncia fixo ou a altura hidrosttica. A partir da, os medidores de nvel so classificados em trs tipos bsicos: medio direta, indireta e descontnua.4.2 - MEDIO DIRETA a medio realizada com referncia na posio do plano superior do lquido a ser medido.4.2.1 - VISORES DE NVELSeu princpio o uso de vasos comunicantes, em que o nvel ser observado por um tubo de vidro especial, podendo existir uma escala graduada acompanhada para facilitar a leitura.Figura 5 VISOR DE NVEL COM ESCALA

Fonte: http://www.grabe.com.br4.2.2 - BIA OU FLUTUADORConstitudo por uma bia presa em um cabo em que sua outra extremidade ligada a um contrapeso mvel com um ponteiro fixado para indicao do nvel de altura de lquidos.Figura 6 BOIA OU FLUTUADOR

Fonte: http://maquinasmissao.blogspot.com.br/2013/05/medidores-de-volume.html.4.3 - MEDIO INDIRETA a medio realizada atravs de uma outra propriedade fsica varivel como por exemplo: empuxo, presso, radiao.4.4 - MEDIO DESCONTNUA a medio realizada para fornecer indicao apenas quando atinge os nveis desejados, podendo ser usado chave-bia ou quando o lquido conduzir eletricidade podemos utilizar eletrodos metlicos de diferentes comprimentos.5 - ARDUNOArduino uma plataforma de prototipagem eletrnica criado com o objetivo de permitir o desenvolvimento de controle de sistemas interativos, de baixo custo e acessvel a todos. Alm disso, todo material (software, bibliotecas, hardware) open-source, ou seja, pode ser reproduzido e usado por todos sem a necessidade de pagamento de direitos autorais. Sua plataforma composta essencialmente de duas partes: O Hardware e o

Software.

Neste projeto, ser utilizado o Arduino Uno.

Figura 7 PLACA ARDUNO

Fonte: http://www.inf.ufes.br/~erus/arquivos/ERUS_minicurso%20arduino.pdf A alimentao externa da placa arduino necessita de no mnimo 7V e no mximo 35V de tenso e no mnimo de 300 mA de corrente j a placa e seus componentes internos(fonte interna) , necessita de no mnimo 3,3V e no mximo 5V de tenso.

simplesmente um software que carregado dentro da memria do micro controlador. Tecnicamente o firmware a combinao de uma memria ROM, somente para leitura, e um programa que fica gravado neste tipo de memria. E esse o caso do micro controlador que a placa Arduino usa.A linguagem de programao que pode ser utilizada para a programao da placa arduino a C/C++ e a interface de desenvolvimento em JAVA, podendo o software de programao funcionar em qualquer sistema operacional.Diante de todas essas definies podemos aplicar o sistema do arduino para diversas aplicaes, entre elas, podemos citar a automao de casas, acionamento de liga/desliga de iluminao, bem como tambm projetos mais complexos com sensor ptico que permite o uso da digital para um devido fim. Abaixo mostra um exemplo de uma caixa de brinquedo que foi substituda a fechadura comum pelo sensor de impresso digital.A caixa de brinquedos projetada pelo designer ingls Grant Gibson teve o sistema de fechamento inspirado na biometria do recm-lanado IPHONE 6S.Figura 8 CAIXA DE BRINQUEDO COM ENTRADA PTICA

Fonte: http://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2013/10/o-que-e-um-arduino-e-o-que-pode-ser-feito-com-ele.html 6 - CONTROLE DE NVEL AUTOMATIZADO6.1 - COMPONENTES UTILIZADOS6.1.1 - LED 5MM VERDE um diodo emissor de luz utilizado em equipamentos eletrnicos tendo como funo a sinalizao de uma determinada aplicao.

No projeto em desenvolvimento o led utilizado para sinalizar quando a bomba da caixa 1 aciona para mandar gua para a caixa 2.

Figura 9 LED 5MM VERDE

6.1.2 RESISTORESSo componentes eletrnicos muito utilizados em circuitos eltricos e tem como principal funo a converso de energia eltrica em trmica atravs da dissipao de calor.No projeto em desenvolvimento os resistores tem a funo de limitar a corrente, at no mximo de 50 mA, para que no danifique os componentes e a placa Arduno.Figura 10 RESISTORES

6.1.3 - REL 5 VDC um dispositivo eletromecnico que possui 5 contatos, sendo 2 de bobina para acionamento e 3 de trabalho (1 NA-Normalmente aberto, 1 NF-Normalmente Fechado e outro para entrada).No projeto em desenvolvimento o rel ir receber o sinal do arduino para ligar a bomba da caixa 1.Figura 11 REL

6.1.4 - TRANSISTOR BC 548 um transistor de uso geral NPN com as seguintes especificaes, segundo datasheet, este trabalha com tenso aproximada de 30V e corrente de 100mA e potncia de dissipao de 500mW.No projeto em desenvolvimento funcionar como uma chave liga/desliga do rel para acionamento da bomba da caixa 1.Figura 12 - TRANSISTOR BC 548

6.1.5 - DIODO 1N4148 um componente semicondutor que trabalha com tenses reversas de at 75V (100V em tenso pulsada). A corrente mxima de operao est na faixa de 50mA, porm sua corrente de fuga e de 25nA.

No projeto em desenvolvimento ter a funo de proteo do circuito, para a tenso reversa produzida pelo rel.Figura 13 DIODO 1N4148

6.2 - MONTAGEM DO PROJETOO projeto constitui de 2 caixas dgua simuladas por recipientes de acrlico, onde a caixa 1 ser a principal que receber a gua da concessionria e a caixa 2 ser a secundria que abastece o sistema hidrulico da empresa, e uma bomba de aqurio que far a mesma funo de uma bomba de gua servida.

Figura 14 CAIXAS DE ACRLICOS

As medies dos nveis das caixas dgua sero realizadas por meio de boias de combustvel veicular, onde as informaes coletadas so mais precisas pelo fato de as boias trabalharem com o sinal analgico, portanto teremos o nvel exato das caixas.

Figura 15 BOIA DE COMBUSTVEL VEICULAR

Figura 16 DIMENSIONANDO AS BOIAS NAS CAIXAS

Para que a coleta de dados seja possvel, foi necessrio a confeco de uma placa de circuito impresso, composta por um rel 5 V, um transistor que funcionar como chave de acionamento da bomba, um diodo para proteo de tenso reversa do rel (RIPPLE), alguns resistores para controle de corrente para no exceder 40 mA (Corrente mxima de trabalho do Arduino), um led verde 5 mm para visualizar quando a bomba estiver em operao, e a placa microprocessadora Arduino UNO, que receber todos os dados das boias de combustveis e converter em porcentagem para leitura dos nveis das duas caixas, e o display de LCD 16x2 segmentos, onde ser possvel efetuar a leitura em porcentagem no visor das duas caixas.Figura 17 CONFECCIONANDO A PLACA

Imprimindo o circuito no papel adequado para transferncia do desenho para placa de fenolite.

Figura 18 TRANSFERNCIA DO DESENHO PARA PLACA

Transferncia do desenho por meio termogrfico.

Figura 19 RETIRANDO O PAPEL DA PLACA

Retirando o papel com gua (no afeta o desenho j transferido)Figura 20 CORROSO DA PLACA

Corroendo o cobre da placa com percloreto de ferro

Figura 21 PLACA PRONTA PARA PERFURAO

Placa no suporte, pronta para ser perfurada e realizar a montagem dos componentes

Figura 22 SOLDANDO COMPONENTES

Soldando os componentes instalados na placa

6.3 PROGRAMAO

/***************************************************************

Projeto: Controlador de nivel automatizado

Programador: Jos Fernando de Oliveira Arruda

Data de criao: 15/11/2014

Verso: 1.0 (15/11/2014)

****************************************************************/

#include

const int Sensor1 = A0;

const int Sensor2 = A1;

const int Bomba = 13;

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

/*

GND - Amarelo/Cinza

+5V - Marron/Preto

2A - Verde/Verde

3A - Azul/Azul

4A - Vermelho/Vermelho

5A - Vermelho/Laranja

11A - Azul/Roxo

12A - Verde/Branco

13A - Preto/Marrom

*/

int SinalSensor1; //Sensor 1

int SinalSensor2; //Sensor 2

int NvTanque1; //Nvel do tanque 1

int NvTanque2; //Nvel do tanque 2

boolean StatusBomba; //Bomba de aqurio

boolean Tanque2Cheio; //Varivel

void setup() {

pinMode(Bomba,OUTPUT);

lcd.begin(16, 2);

lcd.print(" Controlador ");

lcd.setCursor (0,1);

lcd.print(" de Nivel ");

delay(2000);

lcd.clear();

}

void loop() {

//Funcionamento

delay(2000);

SinalSensor1 = analogRead(Sensor1);

SinalSensor2 = analogRead(Sensor2);

NvTanque1 = (SinalSensor1*-0.61+171); //Calibracao tanque 1

NvTanque2 = (SinalSensor2*-0.49+149); //Calibrao tanque 2

if (NvTanque1 < 90){

Tanque2Cheio = false;

}

else {

delay(10);

Tanque2Cheio = true;

}

if (NvTanque2 > 25 && Tanque2Cheio == false){

delay(2000);

digitalWrite(Bomba,HIGH);

StatusBomba = true;

}

else{

delay(500);

digitalWrite(Bomba,LOW);

StatusBomba = false;

}

//Interface

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Caixa 1:"); //Indicador tanque 1

lcd.print(NvTanque1);

lcd.print("%"); //Porcentagem da capacidade atual

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Caixa 2:"); //Indicador tanque 2

lcd.print(NvTanque2);

lcd.print("%"); //Porcentagem da capacidade atual

lcd.setCursor(13,1);

lcd.print("B:"); //Status da bomba

if (StatusBomba == true){

lcd.print("L"); //Bomba ligada

}

else {

lcd.print("D"); //Bomba desligada

}

}

A programao funcionar da seguinte forma;

1 A boia da caixa 1 (principal) manda os dados para o arduino informando que a mesma est cheia (100%), e a boia da caixa 2 (secundria) manda os dados informando que a mesma est cheia (100%). Neste instante, o arduino no executar nenhum tipo de ao, pois se entende que no h necessidade de abastecimento na caixa secundria.

2 Quando a boia da caixa 1 informa que a mesma est com 20% de sua capacidade, o arduino recebe a informao e imediatamente manda um sinal para o rel, onde acionar a bomba de aqurio que fica na caixa 2 e realizar o abastecimento da caixa 1. Quando a mesma estiver 100% cheia, o arduino ir desacionar o rel e desligar a bomba.

3 Quando a caixa 1 estiver com 20% da capacidade e a caixa 2 tiver com 25% da capacidade, o arduino no acionar a bomba por medidas de segurana, onde evitar que a gua fique abaixo da suco da bomba e impedir que entre ar na tubulao e cause problemas de abastecimentos.

Figura 23 - PROGRAMANDO O ARDUNO

7 - CONCLUSOCom este mtodo de medio e acionamento automtico das bombas de gua servida, o usurio deste sistema poder monitorar suas prprias caixas de gua a distancia, como por exemplo, de sua sala, onde outros mtodos de medio ficam no sendo prticos, pois se precisa ir at o local das caixas para leitura dos nveis, ou at mesmo de difcil acesso em casos de caixas subterrneas.

Sendo mais prtico, quando a caixa 1 informar seu nvel baixo e o usurio estar ciente de que no haver abastecimento da concessionria, ter um tempo suficiente para acionar uma empresa que poder estar abastecendo a caixa principal por meio de caminhes pipa, e no deixando faltar gua na empresa.

Com isso, por um investimento baixo e simples, o usurio poder evitar grandes perdas ou prejuzos no qual depender de gua para produo ou procedimentos industriais.

REFERNCIAS1) Minicurso Arduino. Disponvel em:www.inf.ufes.br/~erus/arquivos/ERUS_minicurso%20arduino.pdfAcesso em 18/08/2014, 19hs, 48min. 13seg.

2) A gua na histria do homem. Disponvel em:http://www.coladaweb.com/historia/a-agua-na-historia-do-homemAcesso em 01/09/2014, 20hs, 15min. 16seg.3) Imagem de caixa dgua Poliuretano. Disponvel em:http://www.tecnologiademateriais.com.br/mt/2010/mala_feira/diversas/18_mairevento.html . Acesso em 15/09/2014 21hs, 02min. 32seg.4) Imagem de caixa dgua fibrocimento. Disponvel em:http://www.joli.com.br/blog/index.php/2013/03/01/caixa-da-agua-qual-o-melhor-tipo/ . Acesso em 15/09/2014, 21hs, 05min. 14seg.

5) Imagem de caixa dgua de concreto. Disponvel em: http://www.biocontrolpragas.com.br/servicos1.asp Acesso em 15/09/2014, 21hs, 10min. 08seg.6) Inserindo numerao apenas em algumas pginas do Word 2013 ou 2010. Disponvel em: http://www.infowester.com/numeracao_word_2013.php Acesso em 03/11/2014, 22hs, 13min. 10seg.7) Construa um simples indicador de nvel para sua caixa d'gua (com sirene). Disponvel em: http://labdegaragem.com/profiles/blogs/construa-um-simples-indicador-de-nivel-para-sua-caixa-d-agua-com- Acesso em 04/11/2014, 22hs, 02min. 04seg.ANDRE CHRISTIANINI RIBEIRO

EVANDRO DA SILVA PINTO

LUIS CARLOS MARIANO NUNES

MARCOS ANTONIO SANTANA

Anderson Luis Pires

Andr Luiz Tobaro


Wueliton Queiroz Barboza

Wesley Santana da Costa

ANDRE CHRISTIANINI RIBEIRO












Trabalho de Concluso de Curso (TCC), apresentado Etec Rodrigues de Abreu para obteno do Titulo de Tcnico em Eletrotcnica.

Orientadora: Prof. Rosimeire de Freitas Roveda

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