Heima Off Grid Casa Auto‐Suficiente Controlada

PROJETO FINAL

Curso: “ENGENHARIA DE SISTEMAS DE ENERGIAS RENOVAVEIS”

ESER 2015

Titulo: “ HEIMA – OFF GRID ” -‐CASA AUTO-‐SUFICIENTE CONTROLADA-‐

Aluno: Francesco Campoli

N: 15460

Julho 2015

Orientador: Prof. Paulo Costa

ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER

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Índice AGRADECIMENTOS ............................................................................................................ 4 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 5 CAPÍTULO 1 -‐ ESTUDO DO PROJETO ............................................................................ 9 1.1 OFF-‐GRID, oque é? Funcionalidade e Gestão ....................................................... 9

1.2 Estudo Posição Geografica – Localização .......................................................... 11

1.3 Consumo Medio Ano e horario, Perfil de Carga, Analise Energética ........ 11

1.4 Determinação Irradiação Solar e Velocidade Média Vento ......................... 17

1.5 Dimensionamento Fotovoltaico e Eolico Autonomos para instalação

doméstica ................................................................................................................................... 19

1.6 Cálculo Fator Perdas ................................................................................................. 19

1.7 Estrutura Casa: Abordagem Minimalista para uma Bioarquitetura e

Bioconstrução ........................................................................................................................... 20

CAPÍTULO 2 -‐ PRODUÇÃO ENERGIA (ESTUDO TECNICO) .................................. 22 2.1 Sistema Hibrido MiniEolico/Fotovoltaico/H2 ................................................. 22

2.2 Escolha e Analise dos Componentes ................................................................... 24

2.3 Aquecimento/Arrefecimento Casa e AQS .......................................................... 40

CAPÍTULO 3 -‐ PRODUÇÃO ÁGUA ................................................................................ 46 3.1 “COMPLUVIUM DO MAR” ......................................................................................... 46

3.2 ÁGUA DE NEVOEIRO .................................................................................................. 58

CAPÍTULO 4 -‐ EFICIENCIA ENERGÉTICA, CLASSE ENERGÉTICA, LEIS AUTOCONSUMO. .............................................................................................................. 60 CAPÍTULO 5 -‐ CONTROLE CASA E ENERGIA (DOMOTICA) ................................. 63 5.1 Projeto Open/Hardware Source ........................................................................... 63

5.2 Controle Sistema Eletrico ....................................................................................... 65

5.3 FREEDOMOTIC ............................................................................................................ 80

5.4 OPEN ENERGY MONITOR ......................................................................................... 87

5.5 Controle em Remoto e Segurança ........................................................................ 92

CAPÍTULO 6 -‐ RECICLAGEM E REAPROVEITAMENTO DE ÁGUAS CINZAS ..... 96 6.1 Adubo ou Fertilizante .............................................................................................. 97

6.2 Biodiesel Caseiro ..................................................................................................... 102

6.3 Reaproveitamento das águas cinzas ................................................................. 103

CAPÍTULO 7 – CONCLUSÕES E MELHORIAS .......................................................... 108 7.1 Grafeno ........................................................................................................................ 109

7.2 Internet das Coisas -‐ Casa Jasmina ..................................................................... 112

7.3 Energias das Ondas ................................................................................................. 115


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CONCLUSÕES .................................................................... Error! Bookmark not defined. BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA .................................................................................. 119


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AGRADECIMENTOS Apraz-‐me reconhecer que todo este percurso não teria sido

possível sem a ajuda de várias pessoas.

Agradeço aos meus pais, a minha família, que junto com os

meus amigos e os meus professores, apoiaram e encorajaram

este meu projeto.

Com a minha “Energia Renovável” fui capaz de atribuir o

título de “Heima” a este meu projeto.

“O génio , em vez, olha com o intuito e cria sistemas

que conseguem “apanhar”

a enorme energia do planeta….”

N.Tesla

-‐Energia Livre-‐


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INTRODUÇÃO

O tema central do Projeto é a realização de uma casa autossuficiente, ou seja uma

casa que tem recursos satisfatórios ao conceito de bem-‐estar nesta época.

Avaliando em fundo a palavra “casa”, entendemos que os determinados

elementos para que isto seja possível são vários e de natura social.

No título está a palavra “HEIMA”, uma palavra que em islandês quer dizer: “Em

Casa”. E é mesmo sobre isto que se concentraram os estudos: “ A sensação de

sentir-‐nos em Casa”.

Hoje para obter esta sensação de habitat natural, sem falar do plano afetivo e

cultural, precisa apagar o mais possível preocupações que podem incomodar a

nossa serenidade e a nossa tranquilidade, bases necessárias para sentir-‐nos “Em

Casa”.

Já sei que nem todos temos a possibilidade de ter um terreno ou uma

moradia/casa fora do núcleo da cidade, mas para quem tem este primeiro nível

de independência foi pensado e realizado este projeto. Só porque para os

apartamentos ou condomínios seriam necessários outros procedimentos que por

agora não foram tratados.

Portanto uma vez encontrado o destinatario, posso explicar como pode ser

possível realizar uma “Casa fora da rede” (OFF GRID) e com rede entendem-‐se

todos os serviços públicos que alegoricamente chegam na forma de contas.

As varias etapas com quem devemos lidar são divididas em 7 capítulos que vão

explicar em pormenor como poder realizar uma casa autossuficiente em

qualquer ponto habitável da Terra, sem ter mais o problema em pagar

eletricidade, gás e água, tendo a disposição todas as varias tecnologias (High-‐

Tech) para o controle da própria casa e para o controle dos consumos e da

produção.

Cada pequeno problema foi avaliado ao fim de criar sistemas originais capazes

de fornecer a necessidade geral de uma casa padrão de uma família de 4 pessoas.

Estudando os consumos, os estilos de vida e as exigências.

Como primeira coisa foi tratado o discurso do consumo energético anual e diário

genérico de uma rede pública para substitui-‐lo com uma SMART-‐GRID a energias


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renováveis. Será o conceito de Energias Renováveis que faz-‐nos entender como

ser autónomos sobre a necessidade energética.

No caso específico, sempre como exemplo, aproveitando do Sistema de

Informação Geográfica (SIG), pensou – se em realizar a casa numa ilha no Distrito

de Latina, Palmarola. Ilha inabitada e com poucas estruturas instaladas.

Uma vez que temos obtidas as informações territoriais e climáticas, podemos

seguir com a realização da nossa “SMART-‐GRID”.

Pensou-‐se num sistema hibrido constituído de paneis fotovoltaicos, um

aerogerador minieólico, e pilhas de combustível (Hidrogénio) melhorado com

flywheels.

No Segundo capítulo avaliaremos na maneira mais técnica e da engenharia este

sistema.

O processo para obter as informações sobre a necessidade energética vê a

consultação de sites on-‐line para a estimativa da irradiância solar anua para os

paneis fotovoltaicos e para o cálculo da velocidade Média do vento anua para o

aerogerador minieólico.

Obtidas estas informações, sempre com a referência ao exemplo duma casa

padrão de 4 pessoas, podemos calcular o nosso Diagrama de Carga Energética

com base nas necessidades elétricas e térmicas da casa. O Diagrama de carga é

um gráfico sobre a variação da carga elétrica no tempo com a alternação de

solicitações/picos de eletricidade dependendo dos usuários. No especifico uma

curva de carga é um gráfico que indica a quantidade de energia elétrica que o

usuário usa em um tempo determinado.

Definido isso podemos “criar” o nosso sistema elétrico de energias renováveis

assegurando energia elétrica e térmica em cada momento do dia.

Garantir isso talvez é o problema principal das Energias Renováveis, mesmo

porque não podemos nunca ter eletricidade só do Vento e do Sol (únicas fontes

usadas neste projeto) tendo em conta dos valores climáticos. Por isso realizamos

um sistema a “FUELCELL”, desfrutando como combustível o Hidrogénio

produzido de um Eletrolisador, o qual armazená-‐o-‐ em garrafas/botijas que, em

caso de falta de energia, substituirão as fontes principais.

Vamos ver também como os picos de eletricidade serão geridos sem

preocupações de sobrecarga com uma nova técnica chamada: “FLYWHEELS”.


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Tudo completamente automatizado. Mas disso, como já dito, falaremos melhor

no Capítulo 2, onde explico cada componente do Sistema de Produção Energia.

Em seguida trataremos a análise do sistema de Aquecimento e Refrigeração da

habitação bem como a Produção de água quente sanitária (AQS). Para isso

usamos uma Bomba de calor geotérmica que desfruta como fonte de energia

renovável a geotermia a baixa entalpia, ligada a um piso radiante.

“Estabelecido” o discurso Energia e Aquecimento, veremos como classificar a

Casa em termos energéticos fazendo um estudo de eficiência energética ligada

também aos componentes e aparelhos elétricos e eletrónicos que formam o

equipamento da estrutura.

Também se parece absurdo, devemos referir-‐nos, depois de saber a quantidade

de energia produzida e a classe energética, as leis e aos decretos sobre Sistemas

Autónomos de Gestão Energia, Autoconsumo e competitividade energética. Mais

ou menos um controle no controle.

Para isso o nosso Sistema de DOMOTICA, ajudará a saber quanta energia entra e

quanta sai (consumida) na casa; permite-‐nos de ter o completo controle do

sistema de ligação e apagamento das luzes, dos alarmes da segurança da casa, o

controle e monitorização constante dos Sistemas de Energia, tudo também em

“remoto” com a ajuda da tecnologia OPEN/HARDWARE SOURCE.

O sistema de Domótica controlará também a “produção” de água potável vindo

de o Sistema: ”COMPLUVIUM DO MAR”, módulo que funcionará como

dessalinizador (só se perto do mar) e tanque para a recolha e reaproveitamento

da chuva. Em determinadas alturas com determinados climas, com captadores

específicos podemos também recolher água a partir do nevoeiro.

Muito importante é também o tema da estrutura da casa, que abrangerá temas

como a Arquitetura e construção Verde e minimalista, sujeitos a estudos de

eficiência e natureza.


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Ultimo tema no processo “vivo e biológico” da nossa casa é o reaproveitamento

dos resíduos, das águas cinzas e da reciclagem.

Com resíduos orgânicos podemos obter quantidade de Biogás com processos de

fermentação, e com filtros específicos podemos recuperar as águas cinzas dos

esgotos e reaproveitá-‐las para outras necessidades.

Enfim as conclusões onde falaremos de como um Sistema de mais Sistemas como

este pode ser melhorado em cada parte; com novos materiais podemos potenciar

as funcionalidades dos componentes (paneis, tijolos, etc.), novas tecnologias

mecatrónicas para uma gestão sempre mais sofisticada e tecnológica bem como

melhorias ergonómicas para sentir-‐nos sempre mais “EM CASA”.

Para esta parte da Estrutura e Arquitetura da Casa, agradeço muito o Arquiteto

Giampiero De Simone para o suporte e a disponibilidade mostrada em me

ajudar nesta fase do projeto.

Figura1-‐Estrutura Heima OffGrid-‐


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CAPÍTULO 1 -‐ ESTUDO DO PROJETO

1.1 OFF-‐GRID, oque é? Funcionalidade e Gestão

Temos visto que para ser autónomos para a necessidade de energia elétrica da

nossa casa e portanto não depender da Rede Pública, devemos criar um sistema

“OFF-‐GRID” (fora da rede).

Uma habitação OFFGRID consegue produzir e satisfazer em autonomia as

próprias cargas energéticas para energia elétrica e calor e gerindo o ciclo das

águas. É um organismo completamente isolado das redes tradicionais e ao

mesmo tempo a base para um sistema mais complexo.

-‐Gestão Energia Elétrica e Gás: A Energia é produzida de fontes renováveis

presentes no território onde será instalada a habitação. A melhor maneira, para

as suas características de produtibilidade energética e fácil armazenamento, para

produzir energia e gás é armazenar o Hidrogénio que será utilizado, depois de

ser produzido no Eletrolisador, em cogeradores FUELCELL ou a combustão

direita.

-‐Gestão Energia Térmica e AQS: O calor pode ser obtido graças a paneis solares a

tubos (Solar Térmico) ou como no nosso caso com uma bomba de calor a

inverter, que desfruta a geotermia para a produção do aquecimento e

arrefecimento e a produção de água quente sanitária (AQS).

-‐Gestão das Águas: As águas da chuva, são acumuladas em um tanque

dimensionado a segunda das condições climáticas. Este tanque junto com outros

tanques, formará o nosso “COMPLUVIUM DO MAR”, que alem da parte da

dessalinização, vai lidar com a potabilidade da água e da purificação,

aproveitando de vários filtros e um tratamento UV. As águas cinzas e pretas são

depuradas em uma banheira de fito depuração (autodepuração típica dos

ambientes aquáticos) para obter águas uteis a irrigação ou ao autoclismo do WC.


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Esta banheira comunica com um tanque situado for a da estrutura para motivos

de Higiene.

Também se a instalação da nossa habitação, onde se encontra um nível de

humidade que permite a formação de nevoeiro e nuvens baixas produzidas do

impacto contra um terreno ingreme, podemos instalar captadores que com as

próprias malhas recolhem as pequenas gotas de água que flutuam no ar;

fenómeno conhecido como “precipitação horizontal”.

-‐Gestão dos Resíduos: Os Resíduos orgânicos que chegam do lixo e dos esgotos,

podem ser tratados e divididos para a produção de fertilizante, biogás (por

fermentação) e Biodiesel.

-‐Conectividade e Telefonia: A conexão de dados de banda larga e voz para

telefonia, pode ser realizada através de uma ponte radio “point-‐to-‐point” com um

provider que nos permitirá de usufruir da conexão Internet.


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1.2 Estudo Posição Geográfica – Localização

Para começar a calcular a potência necessária para nossa casa, devemos em

primeiro lugar estudar onde vamos construi-‐la. Um estudo sobre a Localização

portanto permitirá – nos de conhecer os dados uteis para o uso das fontes

renováveis que irão a alimentar o nosso sistema. Escolhi para a realização da

casa uma ilha do Arquipélago Pontino, no mar Tirreno, com o nome de

PALMAROLA, mesmo porque desabitada e sem uma rede elétrica pública para o

abastecimento de luz, água e gás.

1.3 Consumo Medio Ano e horário, Perfil de

Carga, Analise Energética

Para os cálculos dos consumes, usei uma tabela de consumes/médios de uma casa com classe energética A (alto nível de eficiência dos aparelhos) para ter uma referência em KWh da energia que se gasta na casa.

Vista panorâmica e mapa da ilha de Palmarola


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TABELA CONSUMOS MEDIOS CASA CLASSE A

Iluminação LED 430 KWh/ano

Fogão elétrico 530 KWh/ano

Frigorifico 440 KWh/ano

Congelador 600 KWh/ano

Maquina lavar roupa 250 KWh/ano

Maquina secar roupa 370 KWh/ano

Maquina lavar louça 350 KWh/ano

TV,MuliMédia, PC 320 KWh/ano

D Aparelhos eletrónicos 660 KWh/ano

Bomba de calor Geotérmico 350 KWh/ano

Outras Fontes 300 KWh/ano

TOTAL 4600 KWh/ano

Portanto podemos ver que o consumo medio num ano numa habitação de 4

pessoas é de 4600 KWh. Devemos então garantir a nossa rede elétrica um

mínimo de 5000-‐5500 KWh/ano, valor superior ao cálculo para tomar contas

das perdas que teremos no sistema hibrido Eólico/Solar.

1.3.1 Potência dos Equipamentos

A monitorização dos consumos energéticos numa habitação tem como objetivo

fazer a avaliação destes mesmos consumos para se ter um conhecimento da sua

quantidade e hora do dia em que cada equipamento é consumidor de energia

elétrica. Os consumos obtidos em cada monitorização permitiram obter um

consumo diário que se pode estender para um consumo semanal e até mensal

dos equipamentos monitorizados. Numa fase posterior, estas


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Monitorizações em conjunto com o consumo obtido através duma base de dados

e através dum Software que vamos ver na parte da domótica, permitem fazer

previsões do consumo anual de todos os equipamentos.

Maquina Louça 1 1800 Maquina Roupa 1 1000 Micro-‐ondas 1 500 Portátil/PC 2 30 TV 1 70 Tostadeira 1 700 Sistema HI-‐FI 1 100 Sistema WI-‐FI 1 20 A próxima tabela faz um resumo da potência dos equipamentos consumidores de

energia elétrica.

1.3.2 Monitorização dos consumos energéticos

Vamos ver agora monitorização dos consumos energéticos na casa.

Estes valores de consume vem de atividades de rotina durante semanas, dias

típicos no interior de uma casa. Avaliaremos portanto casos típicos durante as

duas estações mais relevantes, Inverno e Verão. Vamos ver como em base a

estação as faixas horarias e os picos representam os consumos globais da hora

correspondente, tomando conta Também do apagar/desligar que acontece

normalmente durante as ações domesticas diárias.

Equipamento Quantidade Potência Média [W]

Fogão 1 1700

Aspirador 1 1800

Ferro de engomar 1 1800

Frigorifico 1 70

LFC-‐LED 20 18

Lâmpadas de halogéneo 10 10

Máquina de Café 1 800


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Para uma situação invernal é possível avaliar como os residentes começam as

atividades diárias na volta das 7:30 A.M. onde o consumo medio é cerca de

110Wh, ou seja com o frigorífico e outros aparelhos ligados (70Wh+40Wh), valor

repetido durante o dia varias vezes. Quando preparam-‐se para o pequeno-‐

almoço, as 8:00 A.M. usam-‐se aparelhos como micro-‐ondas, tostadeira que

mostram no gráfico seguinte o primeiro pico diário de 340 Wh.

As 11:00 A.M. vem usado o forno para o almoço que dá-‐nos o Segundo pico, e

para as 13:00 o terceiro para o uso novamente do micro-‐ondas. O quarto pico

representa a volta em casa depois a tarde onde se usam iluminação e

aquecimento. Enfim o ultimo pico por volta das 21h e as 22h onde se usam

juntamente aparelhos eletrónicos, iluminação e aquecimento.

Numa situação de verão podemos ver como um consumo fixo vai estar sempre

por volta dos 110 Wh. O consumo para a iluminação obviamente diminui para

ter um maior tempo de luz solar. Os picos demostram como no verão se usam

mais vezes o frigorífico, para as altas temperaturas.

Durante a noite só algum pico de iluminação pontual.


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Podemos determinar agora a energia diária respeitante ao consumo(Wh).

No Inverno:

Equipamentos Quantidade Horas Uso

por dia Potência (w) Energia diária

Luminárias

Cozinha 3 5 36 180

Luminárias Sala 3 3 18 54

Luminárias

Quartos 2 3 9 27

TV 1 4 70 280

Computador 2 5 30 150

Frigorifico 1 5 70 350

Micro-‐ondas 1 1 500 500

Maquina Roupa 1 2 1500 3000

Tostadeira 1 1 700 700

Wi-‐Fi 1 20 20 400

Fogão 1 2 1700 3400

TOTAL 4653 Wd=9041


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No Verão:

Equipamentos Quantidade Horas Uso

por dia Potência (w) Energia diária

Luminárias

Cozinha 3 2 36 72

Luminárias Sala 3 1 18 18

Luminárias

Quartos 2 2 9 18

TV 1 3 70 210

Computador 2 3 30 90

Frigorifico 1 7 70 490

Micro-‐ondas 1 1 500 500

1.3.3 Analise Energética

Numa análise padrão não é possível calcular os consumes certos para todos os dias da

semana, mas só o consume energético da habitação para todo o ano, mas sempre

aproximadamente. Veremos depois como o uso da Domótica para a parte da

Monitorização da Energia, ajudara-‐nos a ser mais exatos no cálculo do perfil de carga

horário e diário.

Maquina Roupa 1 2 1500 3000

Tostadeira 1 1 700 700

Wi-‐Fi 1 20 20 400

Fogão 1 1 1700 1700

TOTAL 4653 Wd=7198


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1.4 Determinação Irradiação Solar e Velocidade

Média Vento

Uma vez estabelecidos e identificado o ponto geográfico, no nosso caso

Palmarola, com o Consumo Medio e o Diagrama de Carga para a potência diária,

podemos desfrutar os site PVGIS para o solar e it.windfinder para o eólico, para

estabelecer quantos paneis e que tipo de aerogerador devemos instalar no nosso

sistema hibrido dividido em percentagem:

-‐60% Eólico

-‐40% Fotovoltaico

Velocidade Média Vento:


18

Com Média de Direção:

IRRADIAMENTO SOLAR


19

Portanto temos uma velocidade Média disponível de 9,58 m/s e um irradiamento

anual em KWh de 1872,288. No próximo capítulo vemos os cálculos para fazer as

instalações.

1.5 Dimensionamento Fotovoltaico e Eólico

Autónomos para instalação doméstica O dimensionamento dos sistemas autónomos para instalações domésticas, pode ser feito sem o uso de software específicos, já que as variáveis de cálculo são poucas. Um conjunto de equações matemáticas simples nos permite de efetuar um dimensionamento mais ou menos preciso. Tomando conta dos cálculos anteriores para a quantidade de energia necessária

a garantir a alimentação diária de todos os aparelhos, estabelecemos a

Somatória:

Wd= !" ∗ !"!!!!

De onde Wd representa a energia total consumida diariamente, Pi a potência (W)

de um determinado aparelho e ti corresponde ao intervalo de tempo de

funcionamento.

Também para o dimensionamento devemos tomar conta do fator de perdas do

Sistema.

1.6 Cálculo Fator Perdas

A capacidade que um Sistema hibrido precisa de alimentar para as diversas

cargas, é sujeita a algumas perdas do próprio sistema. Entre estas, as mais

relevantes são aquelas que se referem as perdas dos cabos, no Inversor e no

Regulador de carga hibrido (Solar; Eólico):

-‐Perdas nos cabos = 3%

-‐Perdas no Regulador de carga e Inversor = 15%


20

-‐-‐-‐-‐-‐à Rendimento (cabos): Kcabo = 0,97%

-‐-‐-‐-‐-‐à Rendimento (Regulador + Inversor): Kreg+inv = 0,85%

-‐-‐-‐-‐-‐à Rendimento Total: K = Kcabo*Kreg+inv = 0,83%

Alem destas perdas, estão outros fatores que interferem no cálculo do sistema,

eólico como fotovoltaico. Já que a velocidade Média do vento e o irradiamento

solar são muitos variáveis no longo do ano, precisamos identificar estes valores

para dimensionar melhor o nosso sistema hibrido.

1.7 Estrutura Casa: Abordagem Minimalista para

uma Bioarquitetura e Bioconstrução

Ultimo tema tratado é sobre a Bioarquitetura como abordagem cultural mirada

aos princípios ecológicos e aos princípios de um desenvolvimento sustentável. É

chamada Também Arquitetura sustentável mesmo porque como principio

pressupõe uma atitude ecologicamente correta no Ecossistema, com um uso

poupado dos recursos usados na Construção.

Objetivo principal é aquele de fazer interagir as atividades humanas nas condições

ambientais que já existem ao fim de melhorar a qualidade da vida atual e future.

Instaurar um relacionamento equilibrado entre o ambiente e a construção, ao fim

de olhar com sensibilidade as tradições e a paisagem a volta, favorecendo a eco

sustentabilidade e a biocompatibilidade.

Entre os vários elementos que compõem as realizações de um projeto

arquitetónico bioedil encontramos uma abordagem minimalista a qual concentra-‐

se no essencial das dimensões e Também para os aparelhos/elementos,

componentes da casa, aumentando a eficiência da Habitação. Ponto de ligação

portanto com a parte energética e a localização.

Na Bioconstrução vem usados materiais bioecologicos, com varias características

tipo o isolamento térmico ou o adequamento aos fenómenos climáticos, como a

madeira, a palha, derivados do cânhamo e colantes vegetais, principalmente a Km

zero (do sitio), que em alguns casos usam a “reciclagem” como fonte de produção.


21

A bioarquitetura não é um simples somatório de tecnologias especificas ou

disciplinas verdes, mas representa mais uma visão holística da Arquitetura que

poe em comparação as realidades locais, ao fim de olhar com uma nova

sensibilidade a paisagem, a cultura, as tradições e privilegiar a eco-‐

sostentabilidade e a bio-‐compatibilidade.

“O todo é maior do que a simples soma das suas partes”

-‐ARISTOTELES-‐


22

CAPÍTULO 2 -‐ PRODUÇÃO ENERGIA (ESTUDO TECNICO) Neste capítulo vemos como a partir dos cálculos sobre a necessidade energética,

dada do consume diário e do Diagrama de cargas, podemos começar a construir o

nosso Sistema Hibrido para a produção da Energia da nossa Casa.

Sabemos a potência diária (Wd) consumida e sabemos quantas energia temos a

disposição do Eólico e do Fotovoltaico. Portanto estabelecido que a produção total

será dividida em 60% eólico e 40% fotovoltaico, vamos dimensionar o sistema

todo tomando conta do excesso de produção e armazenamento da Energia.

Avaliaremos como o nível das baterias condicionará a nossa produção de

Hidrogénio (H2) o qual a sua vez será armazenado nas garrafas especiais para

depois ser usado no processo de combustão com uma pilha de combustível

(FUELCELL).

Todo com ajuda de um microcontrolador e uma FlyWheel.

Na parte das componentes veremos o modelo e a marca que satisfarão as nossas

necessidades de instalação.

2.1 Sistema Hibrido MiniEolico/Fotovoltaico/H2


23

Para este Sistema Hibrido temos divididos a necessidade energética, como dito

anteriormente, em 60% eólico e 40% fotovoltaico.

De os cálculos para uma potência diária de 9100Wh, teremos 3640Wh para o

fotovoltaico e 5460Wh para o Eólico. Para o Sistema H2 vamos usar uma pilha de

combustível FuelCell de 5Kw PEM que irá usar o hidrogénio produzido de um

nosso eletrolisador e que irá garantir a energia necessária em caso de falta de

fontes renováveis por um dia inteiro.

Como podemos ver no esquema a energia “apanhada” das nossas fontes

renováveis (Vento e Sol) é transformada em energia elétrica para processos

químicos e mecânicos. Logo depois passa em um regulador de carga para manter

uma tensão constante (no nosso caso 48V) para entrar nas baterias sem

alterações ou picos que podem estraga-‐las. Assim temos uma corrente

continua(=) a 48V que precisa de ser transformada a sua vez em 220V(ou

Esquema do Sistema para Produção Energia


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230Volt medida mais certa) alias numa tensão comum para os nossos aparelhos

e os vários equipamentos elétricos e eletrónicos. Para a parte da iluminação para

já usamos sempre este tipo de circuito a 220V, mas vamos ver nas melhorias que

para uma questão de poupança energética podemos Também distinguir a parte

da iluminação e deixa-‐la isolada e a corrente continua a 5V.

Para esta transformação precisamos dum Inversor que muda a nossa corrente

em alterna (~) a 50Hz.

A seguir do Inversor temos a parte mais importante que liga o sistema de

produção Energia com o nosso microcontrolador “UDOO” o qual será o gerente

da energia que vai entrar na casa controlando os excessos e os níveis das

baterias.

Em prática quando as baterias ficam num nível aceitável para alimentar a casa,

toda a energia em excesso vai para um eletrolisador o qual começará o processo

de eletrolise para a produção de Hidrogénio que será armazenado em garrafas

especiais usadas no processo de combustão da Pilha de combustível-‐ FuelCell.

A pilha de combustível Também será ligada ao microcontrolador Udoo para

enviar no Caso 1 a energia direitamente na Casa, ou no Caso 2 nas baterias/Lítio

e continuar o processo anterior.

Estes tipos de trabalhos vamos ver na parte da Domótica como se realizam

graças ao uso dos Relés.

2.2 Escolha e Analise dos Componentes Vamos agora ver como se faz para escolher os componentes para o nosso sistema de energia. O funcionamento e para que serve cada um deles.

2.2.1 A Energia Solar e o efeito Fotovoltaico

O efeito fotovoltaico baseia-‐se na captação da luz solar por equipamentos

adequados e que expostos a luz produzem uma corrente elétrica.

-‐As radiações Solares: a radiação solar é a energia proveniente da luz e do calor

produzido naturalmente pelos raios solares.

Os painéis fotovoltaicos são constituídos por um conjunto de pequenos

componentes designados por células, que reagem a luz originando o

aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos quando a absorve ou


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é por ela atingida. As células são normalmente de silício que é o segundo

elemento químico mais presente no nosso planeta, constituindo cerca de 25,7%

do peso da Terra. É sem dúvida o material mais utilizam na composição destas

células dada a particularidade e propriedade que detém na sua capacidade de

junção e obtenção de energia elétrica é adequadamente preparada a sua

composição. O silício possui uma margem de valência totalmente preenchida por

eletrões e outra margem de condução sem eletrões. A separação destas duas

bandas uma de condução e outra de não condução quando influenciadas pela luz

podem excitar os eletrões da banda de valência de não condução para a banda de

condução.

É neste princípio que se baseia a produção de energia das células que compõem

os painéis fotovoltaicos. São os fotões com uma faixa de luz visível, ainda com

pouca energia, mas suficiente, que fazem com que haja agitação e que os eletrões

de banda de valência passem para a banda de condução.

É de salientar que atualmente os painéis fotovoltaicos só apresentam uma

eficiência em termos de rendimento que se cifra entre os 16% e os 18%, valores

estes que muito brevemente serão ultrapassados se as pressões económicas e

politicas forem favoráveis.

A junção dos módulos, que devem ser do mesmo tipo, pode ser efetuada em:

-‐Serie

-‐Paralelo

-‐Mista

Desta forma, obtem-‐se vários valores de tensão ou corrente, permitindo uma maior versatilidade de utilização da energia produzida pelo painel.


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Uma das características mais importantes dos módulos fotovoltaicos é o seu

comportamento perante a temperatura a que funcionam e que varia conforme o

seu tipo. Estes valore, de acordo com a evolução dos tipos de módulos que

começam a aparecer no mercado, são cada vez mais diversificados, pelo que é

fundamental que a obtenção destes dados seja analisada com o representante na

altura da aquisição do equipamento.

Na prática podemos considerar aproximadamente, as áreas por KW pico (kWp)

para cada tipo de módulo formado por células.

Tipo de Módulo com células de: Área necessária (!!/kWp)

Silício Monocristalino 7-‐9 !!

Silício Policristalino 8-‐11 !!

Disseleneto de Cobre-‐Indio-‐CIS 11-‐13 !!

Cadmio-‐Telurio 14-‐18 !!

Silício Amorfo 16-‐20 !!

A utilização do tipo de módulos dependera sempre do espaço disponível.

-‐ASSOCIAÇÃO DE MÓDULOS

Serie: Esta associação permite, como se pode verificar, obter maiores tensoes,

mantendo a corrente estipulada do módulo.


27

Os diodos de bypass são colocados para evitar que uma avaria num conjunto de

celulas ou até num módulo bloqueie o sistema.

UT = U1+U2+...Un = nxU ; IT=I1=I2=....=In

Paralelo: Esta associação permite obter maiores correntes, mantendo a tensão

estipulada do modúlo.

UT = U1 =U2 =... =Un ; IT = I1 + I2 + I3 + ...+ In.= n x I

Mista: Esta associação permite obter as características das duas associações já

descritas e utiliza-‐se quando há necessidade de maiores valores de corrente e de

tensão.

-‐Determinação da potência dos painéis fotovoltaicos (Ppv)

Ppv = !"!! ! !!

= !"#$!,!"!!,!!

= 1522,76 Wp

onde Wd é a nossa energia diária(Wh/dia)

Ppv = Potência do painel Solar

K1 = Perdas do sistema


28

K2 = fator de radiação local em Dezembro (mês pior)

Temos escolhido módulos fotovoltaicos, no site Kyocera, de 200Wp(WattPico)

com as seguintes características:

Vamos optar pela montagem de 4 fileiras de 2 módulos em serie.

2.2.2 Aerogerador (MiniEolico)

A energia eólica é a energia produzida por aerogeradores ou, mais propriamente,

por turbinas eólicas movidas pelo vento. Embora os aerogeradores equipados

com turbinas eólicas e geradores de grandes dimensões sejam montados em

-‐Potência Nominal 200 Wp -‐VMPP , 36V (tensão em carga) -‐IMPP 10,00 A(Corrente em Carga) -‐Un 24V (tensão nominal) -‐A quantidade de módulos é dada por: !"##,!"!"!"" !"

= 8 Módulos


29

terra e no oceano, já se desenvolveram equipamentos de pequena dimensão, que

ocupam pouco espaço e que estão a ser montados no topo das habitações ou,

mesmo, no jardim.

As exigências europeias é que o nível de ruido para velocidades de

7 m/s seja de 98db e que a distancia de 200m baixe para 45db.

Em residências privadas, admitem-‐se 45db, mas a distancia deve ser, no mínimo,

de 300m entre a torre e a habitação.

Os movimentos de massas de ar são provocados pelo ar que sobe, dando lugar á

ocupação do mesmo espaço por ar frio. Assim, Também as massas de ar quente

terão uma densidade mais baixa. Mas a medida que arrefecem, vão aumentando

a sua densidade. Sendo assim e se dispusermos de um pá com determinada

configuração, esta, devido a uma força de ação aerodinamica, pode-‐se traduzir

numa expressão de potência em Watt:

P =!!x !"!!

P= potência em Watt

!=densidade do ar( 1,255 kg/!!

A=Área batida na pá da turbina

!!=velocidade Média do vento m/s

-‐Fundamentos Aerodinamicos simples: definido como compoente horizontal da circulaçao de ar, a força do vento está relacionada com o cálculo de energia atraves de uma formula muito simples, que nos da o valor da energia cinetica: E = !

! x m!!

m = massa do ar V = velocidade vento em metros/segundos E = energia em joules


30

Traduz-‐se assim uma transformação da energia cinética do vento em potência

mecânica ue se aplica ao veio da turbina. A expressão anterior vai trasformar-‐se

em outra mais precisa, se tivermos em conta, principalmente, as perdas da

resistencia aerodinamica das pás, outras que dizem respeito á própria turbina e

que, na realidade, tem a ver com os diversos modelos comerciais de

aerogeradores que estão disponiveis no mercado. A formula então alterar-‐se

para:

P =!!x !"!!CP

Em que o CP é o coeficiente de potência que está estabelecido num limite entre

0,35 a 0,5 para a produção de energia electrica.

Outro modo de relacionar a potência do gerador eolico com a energia do vento

que faz movimentar o rotor é o que se denomina por rendimento aerodinamico e

se obtem pela expressão mais simples:

! =!"#$%&'( !" !"#$%"#!&$#

!"#$!"#$ !" !"#$%

O rendimento aerodinamico Também está dependente do numero de pás.

Existem gráficos que traduzem esses rendimentos e que podem ser fornecidos

pelos fabricantes.

O nosso aerogerador deve ser capaz de alimentar a instalação com o consumo

total de 5460 W, mais as perdas destes equipamentos, que se estimam em cerca

de 10%.

-‐Cálculo da potência electrica do aerogerador:

P= 5460Wh/dia x 10% = 546 W


31

-‐Cálculo da potência teorica com 9m/s de velocidade Média em Palmarola:

P = !! x ! x !! x !!

onde o Diametro será:

D= !!!"#!,!"!"!!,!"#!!!

= 2,17 m

Portanto vamos escolher um aerogerador com um diametro de 2 metros e com

uma potência elétrica de minimo 550W.

2.2.3 Regulador de Carga e Dimensionamento

Baterias de acumuladores Este equipamento é imprenscidivel para controlar a carga e descarga das

baterias de acumuladores interrompendo-‐lhe o circuito. O controlo é efectuado

pela analise da tensão.

Existem reguladores Serie e Paralelo. Quando actuam, os interruptores

electronicos de controlo ficam, respectivamente em serie ou paralelo com o

gerador Fotovoltaico e o gerador Eolico. Estes reguladores tem porem um

incoveniente com o fotovoltaico ou seja não faze o aproveitamento minimo da

energia que o painel esta a fornecer.

O Regulador mais adequado a utilizar neste tipo de instalação hibrida será o

MPP(Regulador de funcionamento a Maxima Potência), pois, dadas as suas

caracteristicas, tem um sistema de controle que mantem a tensão sempre acima

do valor necessario ao carregamento da bateria. Em associação a este Regulador

deve estar sempre ligado um conversor DC/DC, que tem a finalidade de regular a

tensão e a pesquisa para o ponto maximo de Potência.


32

No nosso sistema, depois de ter calculado o número de baterias que irão

acumular a energia, podemos escolher o Regulador.

Portanto num consumo de potência diaria de 9100Wh com baterias a 48V vamos

ter a expressão:

Wah = !"!! = !"##

!" = 189,58 Ah

Para um dia de reserva de carga, com uma profundidade de descarga maxima

(Kd) de 0,60 e uma eficiencia (Kbat(%)) = 0,65 podemos calcular o

dimensionamento do acumulador-‐conjunto de baterias para o apoio ao sistema.

Cbat(Ah)= !"!!"#!"#!$%&(%)

= !"#,!"!!!,!"!!,!"

= 486,103 Ah

Vamos necessitar de uma bateria com cerca de 500 Ah.

Devemos adquirir portanto 3 baterias de 200Ah com uma voltagem de 48V em

paralelo para garantir energia nos dias sem vento e sem sol.

A escolha do Regulador de carga MPP (regulador de maxima potência) deve estar

previsto para uma corrente maxima em corrente contínua.

baterías de fosfato litio de 48V 200AH LFP para o sistema solar/eolico híbrido


33

Para este tipo de baterias com os Inputs do Eolico e do Fotovoltaico iguais, temos

escolhido um regulador de 40A.

2.2.4 Inversor Para escolha deste equipamento temos de calcular a potência maxima

simultanea que terá de alimentar. A soma da potência dos equipamentos cujo o

factor de utilização vamos considerar igual a 1 será:

-‐P = 4653 W (Potência Total Equipamentos) = 4,7 kW

-‐U =24-‐48/230V

Precisamos de um Inversor de 5 Kw

REGULADOR DE CARGA HIBRIDO MPP -‐ 40A


34

2.2.5 Produçao Hidrogenio com eletrolisador para pilha de

combustível (FuelCell) PEM (membrana protonica)

O HIDROGÉNIO COMO FONTE COMBUSTÍVEL

Tendo em conta o decréscimo dos combustíveis fósseis a nível mundial e a

poluição que está inerente à sua utilização, é necessário encontrar uma

alternativa viável para produção de energia. Mas porquê o hidrogénio?

O hidrogénio é o elemento mais simples e mais abundante do Universo e o

terceiro elemento mais abundante no planeta Terra. Note-‐se que o hidrogénio

não é uma fonte de energia primária, mas sim um vetor energético -‐ um portador

de energia. A grande vantagem do hidrogénio como vetor energético é a

eficiência com que se consegue transformar a energia por ele contida noutra

forma de energia, por exemplo em eletricidade. Por curiosidade, a energia

contida num kg de hidrogénio é três vezes maior do que a energia contida num

kg de gasolina. Para além disso, produzir este elemento é possível através de

processos eficazes como eletrólise da água ou por reforma de álcool e

5kw 48V Home Solar off Grid Inverter


35

hidrocarbonetos (metanol, etanol, metano, gás natural e outros).

Em suma, são estas características que fazem com que o hidrogénio possa surgir

como o combustível do futuro.

Eletrólise da água

A eletrólise é um processo electroquímico, descoberto pelo físico e químico

Michael Faraday, e ocorre quando é aplicada uma tensão a um par de eléctrodos

inertes imersos numa solução condutora. A aplicação desta tensão provoca o

aparecimento de uma diferença de potêncial entre os elétrodos, e a ocorrência de

reacções de oxidação-‐redução. No caso particular da eletrólise da água pura,

antes de tudo, é necessário adicionar-‐ lhe alguma substância, uma vez que, a

água pura não é condutora de eletricidade -‐ condição essencial para que ocorra a

sua eletrólise.

Na eletrólise da água o que acontece é que a passagem da corrente elétrica

provoca a quebra da ligação química existente entre os átomos constituintes da

água: o hidrogénio e o oxigénio e, como tal, formam-‐se partículas carregadas, os

iões.

O hidrogénio é atraído para o cátodo, pólo negativo, e o oxigénio para o ânodo,

pólo positivo.


36

A energia utilizada para realização desta reação pode ser variada, desde energia

hidroelétrica, até eólica ou mesmo solar.

A quebra da ligação entre os átomos é, geralmente, efetuada com voltagem 1,24V

em água pura a uma temperatura de 25 graus celsius e uma pressão de 1,03

kg/cm2.

Contudo, esta tensão pode variar Médiante a alteração da temperatura e da

pressão. Assim, para eletrolisar uma mole de água são necessários 65,3 watts-‐

hora e um metro cúbico de hidrogénio requer 0,14 kilowatts/hora.

Eletrolisadores: Nos anos 70, a eletrólise era vista como um dos processos mais

ineficazes e caros de produção de hidrogénio. Contudo, os eletrolisadores atuais

são muito mais eficientes, podendo atingir valores máximos na ordem dos 90%.

Existem dois tipos principais de eletrolisadores: os Alcalinos e os PEM (Proton

Exchange Membrane). Estes tipos de eletrolisadores possuem já uma vasta

utilização em aplicações existentes no mercado, sendo que possuem a tecnologia

mais desenvolvida e estudada.

Os eletrolisadores alcalinos utilizam uma solução aquosa de hidróxido de

potássio (KOH) como electrólito. Este tipo de eletrolisadores é adequado para

aplicações estacionárias e estão disponíveis para pressões reduzidas de

funcionamento.

O eletrolisador PEM, ao contrário dos alcalinos não requer um eletrólito líquido,

o que simplifica o seu funcionamento. O seu eletrólito é uma membrana

polimérica ácida. Estes eletrolisadores podem ser criados para pressões

operacionais até várias centenas de bar, sendo adequado tanto para aplicações

móveis como estacionárias.


37

2.2.6 Pilha Combustível Hidrogenio (FUELCELL) e Garafas para o

armazenamento Depois de saber como se produz o Hidrogenio no processo de Eletrolise,

devemos escolher a nossa pilha de combustiel que transformará o Hidrogenio

em corrente elétrica, buscando-‐o nas garafas especiais.

A capacidade da nossa pilha será igual a potência maxima simultanea, a mesma

do nosso Inversor. No site Ballard.com encontramos a nossa Pilha a Hidrogenio

de 5Kw.

-‐Armazenamento em garafas especiais Sistemas de armazenamento de gás em alta pressão são os mais comuns e

desenvolvidos para armazenamento de hidrogênio. Nas seções cilíndricas, o

formato parece com domos hemisféricos, embora novos formatos estejam em

desenvolvimento, aumentando a quantidade de hidrogênio armazenado, seja por

aumento de volume, ou por maior compressão.

Buscando minimizar o volume e ao mesmo tempo maximizar a quantidade de

hidrogênio armazenado, os fabricantes de cilindros estão tentando atingir as


38

maiores pressões possíveis. Cilindros de alta pressão normalmente armazenam

hidrogênio com pressão de 3.600 psi (250 bar) embora novos desenhos já

tenham conseguido certificação para operar com 5000 psi (350 bar). O estado da

arte da tecnologia atualmente em desenvolvimento já superou o teste padrão de

explosão para 23.500 psi (1620 bar) utilizando um cilindro de 10.000 psi (700

bar). Os cilindros devem ser feitos com placas finas, utilizando materiais

altamente resistentes e de excelente durabilidade. Estão classificados

basicamente em 4 tipos de acordo com o material utilizado.

Tipo 1: Podem ser feitos totalmente de alumínio ou aço;

Tipo 2: Camada fina de alumínio ou aço envolto por outro composto –

geralmente fibras de carbono -‐ em forma de circunferência;

Tipo 3: Fina camada de aço ou alumínio envolto totalmente por outros

compostos como fibras de carbono;

Tipo 4: Uma camada de plástico resistente envolto por outro composto

também resistente.

Em geral, quanto menos metal for usado, mais leve será o cilindro. Por esta

razão, os cilindros com fina camada de aço ou alumínio e com alta resistência, tal

como o Tipo 3, são mais usados para aplicações com hidrogênio. Os cilindros do

Tipo 4 ganharão mais espaço no futuro.Os cilindros do Tipo 3 utilizam finas

camadas de aço ou alumínio intercaladas e envoltas por fibras de carbono,

utilizando resinas como o epóxy para colá-‐las.A combinação de fibras e resina

para envolver as camadas metálicas possibilita uma alta resistência, e

diferentemente dos metais, são menos corrosivos, embora possam sofrer

danificações devido a impactos, cortes, abrasão, etc.Um detalhe importante é

com relação à temperatura em ambientes quentes, ou devido ao resultado de

compressão durante o abastecimento do cilindro, o que faz com que a pressão

aumente em 10% ou mais. Qualquer gás armazenado nestas pressões é

extremamente perigoso e capaz de liberar um fluxo de gás com força explosiva

ou capaz de impulsionar um pequeno objeto na velocidade de uma bala.Apesar

do perigo em potêncial, os cilindros de alta pressão têm uma estatística de

segurança excelente.Durante a fabricação, cada cilindro passa por testes de

hidrostática e vazamentos, e uma determinada quantidade de cilindros de cada


39

lote são selecionados aleatoriamente para testes cíclicos e de explosão. Os

cilindros carregam informações como a marca do fabricante, o padrão de

construção, número serial, pressão para uso, máxima pressão de abastecimento,

e tempo de validade. Os cilindros têm uma vida útil de aproximadamente 15 anos

ou 11.250 abastecimentos. Mas deve-‐se sempre fazer inspeções e testes de

vazamentos como parte de uma rotina de manutenção. Quanto maior a

pressão final, maior a quantidade de energia que é requerida. Entretanto, a

energia incrementada cada vez que se aumenta a pressão final diminui. Assim, o

início da compressão é a parte do processo que mais faz uso de energia.

2.2.7 Flywheel "Bateria Electromecânica" Outra maneira de armazenar a nossa energia pode ser aquela no uso do

Flywheel, uma bateria electromecânica.

O princípio de funcionamento é muito simples: trata-‐se de colocar basicamente

uma roda ("volante") a girar em situações em que não esteja sujeita a qualquer

força de atrito ou a qualquer outra ação exterior. É uma forma extremamente

simples de armazenar energia mecânica. Facilmente se converte energia

mecânica em energia eléctrica e vice-‐versa, utilizando um simples motor

eléctrico (ou gerador). A "Flywheel" tem a particularidade de manter o seu movimento por muito tempo, e daí a sua grande importância. Tem, por

conseguinte, a particularidade de "Conservar a Sua Energia".

No nosso sistema portanto podemos usar uma Flywheel como substituto em

caso de falta de energia nas baterias e pouco Hidrogenio nas garrafas. Como ter

um gerador sempre a funcionar que permite-‐nos Também de alimentar a casa


40

com menos componentes de installaçao, e poupando no custo final do projeto.

Já que ainda está em fase de desenvolvimento vai ser dificil dimensionar um

sistema com uma Flywheel, ou seja cálculos das perdas, dimensoes, etc.., e

portanto vamos pôr esta parte Também nas melhorias da nossa Casa.

2.3 Aquecimento/Arrefecimento Casa e AQS

Depois de saber como vai ser o nosso sistema de produção de energia electrica,

chegamos na parte do aquecimento/ arrefecimento e da água quente

sanitária(AQS) da casa.

Há muitas formas de tratar este assunto, como por exemplo o solar térmico que

desfruta a energia solar para o processo de Aq/Arref e AQS, mas a nossa atenção

concentra-‐se no uso da Geotermia a baixa Entalpia.

Vamos portanto entender como realizar este Sistema na Nossa Casa.


41

2.3.1 Sistema Geotérmico A energia geotérmica usa a temperatura constante que o térreno têm todo o ano

para aquecer edifícios. No inverno, o calor armazenado no solo é movido no

interior do edifício e no Verão, o processo é invertido, o edifício calor é

transferido para o solo. Esta troca de calor ocorre através da bomba de calor

geotérmica e trocador de calor enterrados.

Para este processo devemos usar uma bomba de calor ligada a um sistema

térmico da casa que no nosso caso vai ser um Piso Radiante.

Primeira coisa será calcular a necessidade de aquecimento, de arrefecimento e

de AQS.

Para a estação de aquecimento, o regulamento define que o comportamento

térmico é determinado pelo seguinte conjunto de perdas e ganhos:

· Perdas de calor por condução através da envolvente do edifício Estas

perdas derivam da diferença da temperatura interior e exterior e são

consideradas como

envolvente as paredes, cobertura, pavimento e envidraçados.

Onde, Qext =perdas de calor pela envolvente em contacto com o exterior Qlna

=perdas de calor pela envolvente em contacto com locais não aquecidos Qpe =

perdas de calor pelos pavimentos e paredes em contacto com o solo Qpt = perdas

de calor pelas pontes térmicas lineares existentes

· Perdas de calor resultantes da renovação de ar Estas perdas correspondem

à renovação de ar interior por unidade de tempo


42

Onde, Rph = número de renovações horárias do ar interior Ap = área útil de

pavimento Pd = pé direito GD = número de graus-‐dias da localidade em que o

edifício se situa.

· Ganhos de calor úteis Este ganhos são resultado dos ganhos brutos

internos e ganhos solares pelos envidraçados

Onde, η = factor de utilização de ganhos térmicos Qg = ganhos térmicos brutos

Este factor de utilização é definido pelo regulamento como função da inércia

térmica e da relação entre os ganhos totais do edifício e perdas térmicas totais.

Assim as necessidades anuais de aquecimento são calculadas por:

Para o arrefecimento usamos a mesma metodologia que do aquecimento tendo

atenção ao cálculo dos ganhos solares que terão de ser adaptados às condições

de Verão, isto porque, no Inverno não provocam sobreaquecimento como no

Verão.

Neste caso, dado a temperatura média exterior ser inferior há temperatura

interior de referência a renovação de ar é contabilizada como uma perda.

As necessidades nominais de arrefecimento são calculadas da seguinte maneira:


43

Onde, Qg = ganhos totais brutos η = factor de utilização dos ganhos Apavimento

= área útil de pavimento

Este ganhos totais brutos consistem na soma das cargas individuais de cada

componente da envolvente, das cargas devidas à incidência solar nos

envidraçados, das cargas devidas à renovação de ar e das cargas internas. Os

ganhos pela envolvente correspondem à soma das perdas pela envolvente opaca

e transparente, provocadas pela diferença de temperatura do interior e do

exterior e dos ganhos solares através da zona opaca. Os ganhos pelos

envidraçados, renovação de ar e internos são calculados da mesma maneira nos

dois métodos.

Enfim o cálculo das necessidades de energia para preparação de águas quentes

sanitárias é feito da seguinte maneira:

Onde, Qa = energia útil despendida com sistemas convencionais de preparação

de AQS ηa = eficiência de conversão dos sistemas convencionais Esolar =

contribuição de sistemas de colectores solares para aquecimento de AQS Eren =

contribuição de outras energias renováveis Apavimento = área útil de

pavimento.

Uma vez calculadas as nossas quantidades necessaria para

aquecimento,arrefecimento e AQS, devemos escolher a nossa Bomba de Calor

Geotermica.

Para isso há um software, PILESIM, um programa de simulação dinâmica para

avaliação do desempenho térmico de sistemas de aquecimento e/ou

arrefecimento utilizando, sistemas energy piles ou múltiplos permutadores de

calor enterrados.

Define Também parâmetros relativos às necessidades de aquecimento e

arrefecimento, à bomba de calor e máquina de frio.


44

Piso Radiante a Água: A Climatização Invisível ou vulgarmente designada de

Piso Radiante a água, é um sistema que consiste numa série de circuitos de

tubagens integradas no chão ou no tecto, através das quais circula água à

temperatura necessária para proporcionar calor ou frio, de acordo com a época

do ano. A água é impulsionada a uma temperatura temperada a rondar os 40ºC

no inverno e os 16ºC no verão, criando um ambiente confortável sem movimento

de ar.

Estimou-‐se, sempre em termo padrão, uma area de 160!!, com 4 pessoas, que

ajuda-‐nos a definir as necessidades de água quente estimadas por 80litros por

pessoa por dia, que permite de calcular a potência calorifica para a escolha da

nossa bomba de calor:

-‐ Potência Calorífica

Os cálculos começam-‐se com a seguinte fórmula:

P= ρ x c x Q x ∆t


45

Sendo:

P – Potência calorífica (Kcal/h)

ρ -‐ Densidade da agia= 1 Kg/l

c – Calor especifico da água (1 Kcal/(Kg ºC)

Q – Caudal ou volume de acumulação a aquecer num determinado tempo (l/h)

∆t – Diferença detemperatura da água na entrada e de acumulação (ºC),

habitualmente consideramos entrada a 10ºC e acumulação a 60 ºC, o que resulta

a 50 ºC

Nota: Para simplificação dos cálculos trabalhamos em Kcal/h e então no final

passamos a Kw.

Exemplo na nossa casa:

Para um depósito de acumulação de 320 l para aquecer numa 1,5 hora:

P = 1 x 1 x( 320/1,5) x 50 = 10 667 Kcal/h =10667 x 0,0011628

= 12 Kw

Esta potência representa o calor horário necessário que o permutador terá que

permitir na troca de calor.

Logo a nossa Bomba de calor será:

Bomba de calor Geotermica OCHSNER -‐ 10-‐60 KW


46

CAPÍTULO 3 -‐ PRODUÇÃO ÁGUA 3.1 “COMPLUVIUM DO MAR”

O “Compluvium do mar” é uma estrutura módular que recolhe água da chuva e

água do mar para transforma-‐las em água potável. Para isso são utilizados

materiais sustentáveis que irão filtrar, aquecer, depurar e mineralizar as águas

tratadas. Para o processo de dessalinização da água do mar, o Compluvium do

Mar usa a técnica da evaporação para uso cívico e doméstico com ajuda de fontes

de energia renováveis utilizadas pelo aquecimento da resistência elétrica. Além

da dessalinização, a estrutura recolhe também água da chuva com um sistema

que já existia na antiga Roma, o Compluvium-‐Impluvium, mas modernizado (em

vez de um telhado normal, esta estrutura vai ter painéis fotovoltaicos, que

carregam uma bateria).

Podemos dizer que este sistema e’ um sistema Hibrido de produção de água

potável.


47

3.1.2 FUNCIONAMENTO A água da chuva passa por uma conduta constituída por vários filtros, para

depois cair dentro de um tanque (o nosso impluvium),e depois se juntar à água

do mar dessalinizada. Nesta fase vamos ter Água Pura.

A água do mar entra na estrutura através de um sistema de bombagem e de

abertura/fecho de uma válvula. Quando o processo arranca, tudo automatizado

com sensores, a água do mar passa dentro duma placa de alumínio (material

barato e com ótima condução térmica) com a forma de serpentina. Esta água do

mar vai cair num tanque (tanque água do mar) que vai ser aquecido com uma

resistência elétrica até chegar à temperatura de ebulição e passar a vapor, para

depois se transformar em gotas de água pura que se vão acumulando no tanque

de água pura.

O ambiente,ou câmara em cima do tanque de água do mar, e’ composto por uma

estrutura a isolamento térmico para nao desperder o calor nesse espaço e o

material que foi escolhido e’ a Espuma elastomerica.

Na figura em baixo podemos ver melhor a estrutura na parte do lado.


48

3.1.3 AVALIAÇÃO DOS COMPONENTES -‐Tanque Nº 1(Água do Mar): Neste tanque entra água do mar com um sistema

de bombagem e uma válvula que automatizada ira escolher o tempo de fecho ou

abertura. A dimensão do tanque (capacidade em Litros) varia a segunda dos

requisitos da casa. O material do tanque escolhido e’ o alumínio com uma base

costituida pelo interno do material Zeolito. A sua vez a base deste tanque nº1

esta apoiada em cima duma resistência que trabalhera pelo aquecimento da

água.


49

-‐Tanque Nº 2(Água Pura): Neste taque temos praticamente o nosso

“Impluvium” ou seja o tanque da recolha da água da chuva e da água tratada no

processo de Dessalinizaçao na camera a isolamento térmico. Em termo de

dimensões vai ser o dobro do tanque Nº 2 enquanto vai recolher água da chuva

filtrada e água do mar dessalinizada.

-‐Tanque Nº 3(Água Potavel): Neste tanque vamos ter a transformação da água

pura em água potável, aproveitando do processo de mineralização. Este tanque

uma vez enchido com água pura que vem do tanque Nº 2,sera mixturado com


50

minerais que ficam nas caixas de Minerais. Vai ter as mesmas dimensões do

tanque da água pura e vai ser ligado ao uso domestico.

-‐Tanque dos Detritos: E’ o tanque posto atrás do tanque da água do mar que ira

guardar os detritos que ficam na parte baixa do próprio tanque Nº 1. Este

procedimento sera efetuado com um sistema automatizado de sensores que irao

abrir ou fechar a segunda do nível da água.

-‐Sensores de Nível: Dispositivos electricos que ajudam a controlar o nível de

água nos tanques que estão na estrutura “Compluvium do Mar” fazendo-‐na

automatizada.

-‐Sistema de bombagem com válvula: E’ o sistema que permite de bombar água

do mar e deixa-‐la entrar na estrutura. Entre a estrutura e o sistema de

bombagem esta colocada uma válvula de abertura/fecho que vai decidir a

quantidade de água que pode entrar e quando, com sensores de válvulas.


51

-‐Paneis fotovoltaicos e acumulador de Energia: O tamanho do sistema

fotovoltaico, além de ser utilizado para o aquecimento da quantidade de água e

eléctricidade para o sistema,depende da localização geográfica, do

processamento de devoluções e armazenamento desses. Especificamente, o

armazenamento de água e de energia deve ser feito durante horas do dia, e a

energia fornecida pelo sistema fotovoltaico deve ser suficiente para abastecer o

processo de dessalinização e para armazenar energia para a noite. O rendimento

da última operação tem repercussões inevitáveis na quantidade de energia para

produzir e, consequentemente, no tamanho do sistema fotovoltaico. Pior e’ a

eficiência do acumulador, maior devera ser a quantidade de paneis fotovoltaicos

e do inverter, aumentando o preço do sistema.

Para os dados de radiação global em um território, temos o site da

Photovoltaic Geographical Information System -‐ Interactive Map

onde temos uma base de dados com valores de potência de radiação istantanea

Média em cada mes do ano. Com estes dados podemos saber a potência solar em

W!! e também o rendimento de cada panel solar de produzir energia durante

um dia:

Exemplo com (Rendimento panel fotovoltaico)


52

3.1.4 PRINCIPIOS FISICOS PARA DISSALINIZAÇÃO A transição a partir de um sistema a uma dada entropia para um a entropia

inferior envolve sempre um gasto de energia. O mesmo com o princípio de

dissalinizaçao.

Precisa gastar uma quantidade definida de energia:

em que E é igual a:

-‐ O calor de dissolução: o calor que se desenvolve durante a dissolução de um sal

em água

-‐ Gradiente ebulioscópica: diferença de temperatura de evaporação de uma

solução em comparação com solvente puro.

A alimentação de energia principal para o sistema para dessalinizar a não mudar,

dependendo da tecnologia, a partir disso, pode-‐se afirmar que o processo de

dessalinização é em qualquer caso energicamente desperdício.

A energia mínima necessária para inverter o processo pode ser calculada através

da introdução de uma quantidade de sal em um metro cúbico de água suficiente

para criar uma solução equivalente para a do mar, e medindo o aumento da

temperatura devido à reação exotérmica.

A mudança é de cerca de 0,64 ° C correspondente a 0,75 kWh / !!. Expressando

a reação química em termos mais simples:

Água doce + Sais = Água de Mar + 0,75 kWh / !!

Sabemos também que para diminuir o gasto de Energia, devemos aumentar o

mais possível a temperatura da água assim que o calor necessário para o

processo de evaporizaçåo seja menor.

Por um litro de água de mar a 15ºC, calculamos a energia necessária para chegar

a 100ºC:

-‐Calor especifico Água = 4184 J!!!"!!!

-‐Calor de vaporização da água = mlf = 1000 * 2262 = 2262 KJ

-‐Q aquecer = mc ΔT (100-‐15) =355,6 K/J

-‐Q vaporizar = mlf(calor latente)= 1000g * 2262Jg = 2262KJ

-‐Energia = 2262+ 355,6 = 2618 KJ/3600(segundos por hora)

= 0.727 KWh


53

Como dito anteriormente, devemos abaixar o nosso ΔT ou seja aquecer em outra

maneira a água do mar que entra no nosso Compluvium do Mar.

E’ nesta fase que vamos utilizar das qualidades do Zeolito posto na base do

tanque Nº1, que com so pouca água consegue aquecer –se até a uma temperatura

de 80ºC.Isso e’ possível pela sua característica na estrutura interior que travando

as moléculas de água faz començar um processo de energia cinética a qual

produz calor.

Podemos ver com este cálculos que para aquecer um litro de água em uma hora

precisamos de uma Energia de 0.727 KWh para cada Litro, um gasto grande

considerando que cada familha de 4 pessoas em Média consome 200 litros de

água segundo a OMS(Organizaçao Mundial de Saude).

Portanto a quantidade Média de água total, Pura e Potavel, numa casa devera ser

em Média de 200 Litros. Este e’ o objetivo medio do “Compluvium do Mar”.

3.1.5 PRODUÇÃO ÁGUA POTAVEL (Avaliação e parâmetros

químicos) O QUE É A ÁGUA POTÁVEL?

Por definição, é chamada água potável, água que pode ser bebida ou usada na

preparação de alimentos sem prejuízo à saúde. Os danos a saúde pode resultar

de contaminantes, de natureza química ou microbiológica, que a água pode pegar

durante o seu ciclo; contaminantes que pode ser, naturalmente, presentes no

ambiente, ou dispersas por actividades humanas.

A água é considerada potável, se tiver os requisitos de qualidade estabelecidos

por normas específicas (DL 306/2007 –Decreto Lei do Ministerio do Ambiente

do 27 de Agosto 2007), que estabelecem os limites máximos Elegíveis para

substâncias que podem estar presentes na água destinada ao consumo humano.

Os limites foram estabelecidos tendo em conta a ingestão diária máxima durante

longos períodos, da natureza do contaminante e da sua possível toxicidade.


54

OS PRINCIPAIS CONSTITUENTES DA ÁGUA

As substâncias que são geralmente dissolvidos na água são os sais, que vem do

processo natural de dissolução de minerais constituintes das rochas e solos

normalmente atravessados pela água. A solubilização destes sais é levada a cabo

pela água da chuva que é pobres em sais, mas é "agressiva", devido ao dióxido de

carbono que foi recolhido a partir do ar. O teor de sal da água depende do tipo de

rocha atravessado e do tempo de contato. Os sais dissolvidos estão presentes

tanto como partículas carregadas positivas que negativas (íoes): água potável é,

por isso, uma solução de iões (iões de cálcio, iões de sódio, iões de bicarbonato,

de iões cloreto, etc.) em concentração (quantidade em peso por litro) ideal. O

calcário (mármore, dolomita, etc.)dara os iões de bicarbonato, cálcio e magnésio;

rochas com gesso (sulfato de cálcio) vao dar além do cálcio também o ião sulfato;

os iões de sódio e de cloreto podem, em vez, vir de rochas que contem cloreto de

sódio (sal de cozinha). Os iões presentes na água são importantes para

organismos vivos porque as próprias células desempenham as suas funções em

soluções salinas a concentração costante; os sais assumidos com a água ajudam

a mantê-‐los no direito equilíbrio.

A Água destilada é considerada não potavel, porque é desprovida de sais

dissolvidos, o mesmo se aplica a água da chuva ou neve derretida e sua

suposição, em condições extremas, é recomendamos com uso de suplementos de

sais.

MAS QUAL É A QUANTIDADE IDEAL DE ÍONS EM ÁGUA POTÁVEL?

A muitos anos, fizeram estudos para criar esses montantes. Em Portugal como no

resto da Europa, pelo “Decreto-‐lei do Ministerio do Ambiente do 27 de Agosto

2007, relativa à qualidade da água destinada para o consumo humano ", ou no

site da WHO-‐WORLD HEALTH ORGANIZATION,foi definido para quase todas as

substâncias que podem estar presentes água, um "valor limite" ou um "limiar de

concentração" que não deve ser excedido; se em uma água estão presentes um

ou mais compostos em uma quantidade.


55

Tabela dos principais componentes da água potável (valores expressos em miligramas

por litro, mg / L)

OS PRINCIPAIS CONTAMINANTES QUIMICOS INORGANICOS

A contaminação química pode ter causas naturais ou por atividades humanas

ligadas a assentamentos urbanos, industrial ou agrícola-‐pecuária.

Vamos começar levando em consideração os iões de amônio, nitrito e nitrato,

substâncias "relacionadas" uns com os outros no ciclo de azoto e são

frequentemente a causa de muitos problemas. Por isso o DL306/2007 estabelece

esses limites:

Formas de azoto que podem estar presentes nas águas potáveis

O ião amônio é principalmente devido ao esterco humano ou animal em que e’

conteúdo sob a forma de ureia, resultante do metabolismo das proteínas. A sua

aparência na água, quando combinado com análise microbiológica desfavorável,

é um sinal claro de poluição por esgotos. E 'especialmente para esta correlação

que a lei estabeleceu que o valor limite de concentração na água potável deve ser


56

de 0,5 mg / L. No entanto, o problema de ião de amónio é mais articulado; a

Organização Mundial de Saúde(WHO) e a legislação em vigor em alguns países

não da nenhum limite para esta substância na água potável por duas razões

principais: a sua possível origem "natural" e sua toxicidade insignificante. A

presença de íoes de amônio em água, especialmente de água subterrânea, em

algumas circunstâncias, é devido a causas geológicas como a degradação do

material no processo de fossilização (restos de plantas, os depósitos de turfa,

etc.).

O decreto lei do Ministerio do Ambiente insere o íão de amônio entre

"substâncias indesejáveis ", e não entre as" substâncias tóxicas ", na verdade, esta

substância, como já disse, é naturalmente presente no corpo humano em

quantidades muito mais elevadas como um subproduto da metabolismo de

proteínas.

Os nitritos e nitratos, em vez, podem ser produzidos naturalmente pela oxidação

do ião de amónio ou de fenómenos que resultam da utilização de fertilizantes de

azoto na agricultura.

O ião nitrato é muitas vezes uma componente de sais muito solúveis usada como

fertilizantes, por isso, pode saltar rapidamente para as águas subterrâneas,

devido à erosão dos solos agrícolos.

No entanto, existem tratamentos à água potável, tecnologicamente avançadas

que permitem reduzir a concentração de nitritos e nitratos, até o total de

eliminação.

Existem outras substâncias de origem natural, absolutamente, que muitas vezes

alteram as características organolépticas (cor, odor, sabor e turbidez) da água

potável.

-‐Principais contaminantes de origem natural na água potável-‐


57

A água subterrânea é geralmente pobre e incapaz de manter o oxigênio

dissolvido mostrando ferro e manganês na forma "reduzida" (íão "ferroso" e

"manganê") mesmo em concentrações superiores aos valores-‐limite. Mas quando

a água que contém uma grande quantidade de ferro de oxigénio dissolvido é

levada à superfície, torna-‐se num curto período de tempo (de alguns minutos a

algumas horas) em uma solução turva e amarelada de aspeto desagradável. Na

prática, aconteceu que o contato com o oxigênio tem transformado a parte ionica

de "reduzida" para "oxidada" (íão "férrico" e"Manganês"). Assim, temos a

separação (precipitação) das lamas coloridas de um preto amarelo-‐ferrugem. A

água com estas características não constituem um risco para a saúde, mas tem

um gosto metálico desagradável; também pode dar origem a fenômenos de

corrosão das tubulações e manchar as roupas durante a lavagem.

Outra substância de origem natural, que muitas vezes prejudica a qualidade da

água potável é o sulfeto de hidrogênio (ou sulfureto de hidrogénio),um gás que é

facilmente reconhecido pelo seu cheiro característico de “ovos de podre”. Esta

substância foi considerada um índice de contaminação da água por material

orgânico, porque o sulfureto de hidrogénio pode causar o enxofre presente em

proteínas. De fato esta substância é erroneamente considerada um sinal de má

qualidade da água potável: há água águas subterrâneas, que contem ácido

sulfídrico, absolutamente puras de um ponto de vista microbiológico, e é

conhecido por muitos séculos o uso terapêutico de água sulfurosa como bebidas.

A legislação pela água de beber requer que o sulfureto de hidrogénio não esteja

presente na água de beber para o uso comum para várias razões: o cheiro da

água é desagradável. As águas que contêm sulfeto de hidrogênio tendem

facilmente na turbidez para a precipitação do enxofre. O ácido sulfeto é

facilmente removido para a oxigenação.

3.1.6 “A NOSSA ÁGUA” Depois dum estúdio aprufundido sobre as várias características da água para ser

potável e agradar o corpo humano, temos escolhido esta fórmula química, de

componentes que uma água boa deve ter:

NaCl + CaCO3 + MgSO4 + K em mg por Litro de Água (Cloreto de Sodio + Carbonado de Calcio + Sulfato de Magnesio + Potasio)


58

Portanto o nosso “Compluvium do Mar” devera ter a capacidade de fazer analise

especificas nas águas tratadas e fornecer ao nosso utente uma água deste tipo,

com estes tipos de minerais.

Novas e antigas formas de buscar a

água.

Da “Giara” á torneira.

3.2 ÁGUA DE NEVOEIRO

O Nevoeiro, produzido normalmente por nuvens baixas por impacto contra um

terreno íngreme, pode ser capturado pela colocação de malhas especiais sobre

uma estrutura de suporte. Estas malhas reter as minúsculas gotas de água que

flutuam no ar imitando o processo que as copas das árvores fazem e dá origem

ao fenômeno conhecido como "precipitação horizontal". É uma técnica estudada

há mais de 50 anos em muitas partes do mundo, e permite a utilização de

recursos esta sustentáveis de água.

A água uma vez “captada” vai para um tanque que armazena-‐a passando por

filtros que fazem só depuração já que tem minerais suficientes para ser potavél.


59

NAS IMAGENS AS ILHAS CANARIAS, ONDE A EMPRESA “ALISIOS” RECOLHE ÁGUA DE NEVOEIRO


60

CAPÍTULO 4 -‐ EFICIENCIA ENERGÉTICA, CLASSE ENERGÉTICA, LEIS AUTOCONSUMO. Recentemente, foram divulgados resultados de estudos concluindo que os mais

de 6 bilioes de seres humanos que eistem no planeta Terra precisam de energia

equivalente a um terço mais das reservas naturais do que a quantidade que o

planeta pode fornecer. Sendo assim, já se ultrapassou em muito aquilo de que

precisamos para nos sustentar. Quanto a crise do carbono, a situação é dramatica

e os resultados já estão a vista. Os niveis das águas dos oceanos estão a subir e a

inundar as partes mais baixas do planeta. As catastrofes sucedem-‐se em todo o

mundo. As duas crises focadas andam de mãos dadas, mas felizmente podem ser

resolvidas, pois se não houver emissoes de gases estamos a poupar energia,

poupamos o planeta e poupa-‐se nos custos.

Ao cuidar dos nossos recursos naturais, garantiremos as geraçoes presentes e as

futuras uma qualidade melhor de vida e a sobrevivencia do lar da Humanidade.

-‐CONJUGAÇÃO DOS 3Rs

Reduzir, Reutilizar, Reciclar são os tres cuidados nais importantes da vida na

terra. Os gastos de água da simples lavagem de mãos ao fim de um dia,

surpreende qualquer um que se der ao cuidadode fazer uma analise do consumo.

Reduzir-‐é gastar apenas o necessario-‐(não desperdiçar), minorar o consumo é

reduzir a energia e consequentemente planear o futuro. Embora sendo ainda

uma solução um pouco dispendiosa, o nosso sistema permite reduzir a

quantidade de combustível fossil que utilizamos,contribuindo para a melhoria do

ambiente. Esta visão é uma visão naturalista da sustentabilidade do nosso

progresso.

Reutilizar-‐Usar mais que uma vez o mesmo-‐(aproveitamento), a possibilidade de

usarmos mais que uma vez um determinado objecto permite reduzir a nossa

dependencia na conservação de energia.


61

Reciclar-‐Criar coisas novas com que já foi utilizado-‐(transformação), muitos dos

materiaisque já foram utilizados podem ser reaproveitados e, apos

transformação, voltarem a ser utilizados para o mesmo ou outro

fim.(VIdro,Papel,metal,etc..).

-‐POUPANÇA DE ENERGIA

Optimizando o consumo de energia, estamos a contribuir para a Eficiencia

Energética.Vamos analisar algumas destas etapas que são conhecidas de alguns

de nos mas que são ainda pouco utilizadas:

-‐Evitar electrodomesticos ligados, quando não são necessários (standby).

-‐Planear a utilização dos equipamentos electricos e cuidar da sua conservação

(maquina roupa,frigorificos,etc..)

-‐Na compra de um novo equipamento deve-‐se ter cuidado de analisar o que gasta

menos para o mesmo fim.

-‐Substituição das lampadas incandescentes por LED (80% poupança).

-‐Fazer separação dos diferentes Resíduos e lixo é uma boa pratica ecologica.

-‐Calafetar as portas e janelas e isolar as paredes, tectos e pavimentos reduz

bastante o consumo de energia no sistema de climatização.

-‐Fazer deslocaçoes a pe em pequenos trajectos e utilizar os transportes publicos.

-‐MICROPRODUÇÃO E LEI SOBRE O AUTOCONSUMO

A microgeração é a geração de energia pelo proprio consumidor.Os

consumidores indústrias ou consumidores particulares, utilizando equipamento

de pequena produção (microturbinas,aerogeradores, paineis fotovoltaicos)

podem produzir directamente para o seu consumo e injectar o excesso da

produção na rede pública de distribuição.

-‐Legislação

Foi públicado em 2 de novembro de 2007 o decreto-‐lei nº 363/2007, já com

segunda alteração em 08/07/2010, que comtempla o regime simplificado

aplicavel a micro produção de electricidade, tembem conhecido por "Renovaveis

na Hora".


62

O decreto-‐lei 312/2001 de 10 de dezembro teve Também a sua segunda

alteração, o que deve ser consultado em caso de interesse.

Na segunda alteração ao decreto-‐lei nº363/2007 e decreto-‐lei 312/2001 de 10

de dezembro, salientam-‐se os pontos mais importantes desta alteração:

-‐Altera o regime juridico aplicavel a produção de electricidade por intermedio de

instalaçoes de pequenas potências.

-‐Incentiva a produção descentralizada de electricidade em baixa tensão por

particulares, tornando esta pratica mais simples,mais transparente e mais

favoravel.

-‐Aumenta a quantidade de produção de electricidade para 25MW/ano. No ano de

2010 atribuidos 14 MW já registadosacrescidos de 10MW a atribuir ao abrigo

desta revisão.

-‐Passa a ser obrigatorio para a generalidade dos comercializadores que

fornecem,compram a electricidde micro-‐gerada.

-‐São criados mecanismos para garantir a micro produção com base em criterios

de interesse publico, a entidades que prestem serviço.

-‐Qualquer particular que queira produzir energia neste regime, pode faze-‐lo

atraves de registo aberto, que so deixa de estar disponível quando é atingida a

potência maxima destinada ao ano em causa.

-‐Os registos passam a ser ordenados por ordem de chegada, podendo os

interessados ter maior possibilidade quando a data de Eficiencia Energética

identificadas em auditoria.

-‐Como proceder para se registaruma unidade de microprodução no SRM-‐

Sistema de Registo de Microprodução

Ao aceder ao SRM o eventual produtor deve registar-‐se indicando:

-‐Identificação do produtor de energia

-‐Numero NIF

-‐Codigo de utilizador.

DEcreto lei 153/2014

normativa iso 50001


63

CAPÍTULO 5 -‐ CONTROLE CASA E ENERGIA (DOMOTICA) 5.1 Projeto Open/Hardware Source

Depois de ter estruturado a parte da Produção de Energia, da Produção da Água

e como devemos proceder em termos legislativos, podemos falar da parte do

Total Controle da Casa.

Isto significa conhecer e gerir cada entrada e saida e todos os automatismos que

fazem parte dos vários Sistemas projetados.

Portanto para esta tarefa, contamos com a DOMOTICA (Domus em latim "casa" +

automatique em frances "automatica") ou seja criar um Sistema afiliado que nos

dará a possibilidade de ter o

sob-‐controle todas as fases importantes e os dispositivos ligados.

Vamos ver como o uso de um microcontrolador "gerirá" a Energia que entra

monotorizando-‐a para nos dar informaçoes especificas sobre os consumos; como

cada rede electrica será "digitalizada"; como um processo inteligente

reconhecerá o nível da fonte de Energia e escolherá qual será o Sistema (Baterias

Litio,FuelCell direitamente,Flywheels) a fornecer Energia a nossa Casa.

Desfrutamos um alto conhecimento informatico pessoal para modelar o Sistema

de Domotica, e permitir que cada parte de automatização "Open Source", ou seja

a fonte de programação "livre e aberta", mutável e maleável para fins diferentes.

Foram usadas varias linguagens de programação para fornecer ao usuario uma

plataforma de controle simples, eficaz e intuitiva, tudo no ambiente LINUX.

Alem da parte Software aberta, temos escolhido Também a parte do "Open-‐

Hardware", que foi configurada pessoalmente.

Mesmo para esta parte, como coração do Sistema de

Controle, escolhemos o Mini-‐Pc-‐Microcontrolador

"UDOO" .

Veremos nos proximos parágrafos as caracteristicas

tecnicas e as potêncialidades. No Udoo foi instalado, como


64

sistema operativo baseado no Linux, UBUNTU(Udoobuntu no especifico) onde

foram instalados os programas de controle I/O, controle/monotorização Energia,

e desfrutando dos IDE(Ambiente Integrado de Desenvolvimento) para a

programação em outras linguagens como Java e C-‐Wiring. Também esta parte

será analizada no específico com os codigos de programação mais a frente, nos

paragrafos seguintes.

Os programas que o usuario terá a disposição são dois:

-‐FREEDOMOTIC;

-‐OPEN-‐ENERGY-‐MONITOR.

O primeiro, permite a gestão do Sistema eletrico e da Iluminação da casa atraves

da programação das entradas e saidas nos especificos plugins(programa de

computador usado para adicionar funções a outros programas maiores) que

terão funçoes especificas permitindo-‐nos Também o controle em remoto.

O outro programa é o Open Energy Monitor, o qual permite de registar atraves

de Sensores de Hall( sensores para determinar o sinal e a densidade da carga)

os consumos de energia elétrica no sistema interno e portanto de cada aparelhos,

e no sistema externo, ou seja de Produção de Energia de Fontes Renovaveis,

monitorizando a Energia que entra. Tudo será registado em tempo real em

Bases de Dados criadas no Ubuntu instalado no Udoo, para consultar-‐las em cada

momento e Também on-‐line.

Além destas funcionalidades teremos a disposição uma Estação Metereologica

ligada ao Freedomotic, a qual com um outro microcontrolador "PIC 12F683" nos

dirá o tempo fora da habitação, atraves de Sensores de luminosidade,humidade,

pressão.

Enfim temos criado um Módulo TouchScreen queinstalado em cada quarto,

aumentará a comunicação entre os quartos e o quadro eletrico gerido por Udoo

para ter Também dados subdivisos em Quartos/"Nós" (pontos de conexão, seja

um ponto de redistribuição ou um terminal de comunicação). Vemos agora todas

as fases do Projeto Domotica e as caracteristicas dos componentes Hardware e

Software usados.


65

5.2 Controle Sistema Eletrico

Para realizar este projeto precisava determinar quem gerisse a corrente antes de

entrar na casa. Portanto no nosso caso um Microcontralador que em entrada

receba e comunique com o Inversor, com as Baterias e com a Pilha de

Hidrogenio. Será então o nosso UDOO, funcionando como Quadro eletrico, a gerir

a Simultaneidade da Energia que entra avaliando os niveis de carga das

Baterias. O Udoo a sua vez comunicará com os vários módulos instalados na casa

para "libertar" a corrente pedida pelo usuario.

Isto é possível atraves dos nossos RELÉS os quais com as próprias caracteristicas

saberão se enviar ou não o impulso, funcionando como interrutpores:

RELÉ: é um interruptor actuado electricamente. Ou seja, tem um circuito de

comando (ou primário), que quando alimentado por uma corrente, acciona um

electroíman (a bobine da figura acima) que faz mudar de posição outro par de

contactos (as lâminas na parte de cima) ligados a um outro circuito (circuito

secundário ou comandado). As funçoes mais importantes são NO(normally

Open) e NC(normally Closed).


66

Em termos informaticos, dividindo a casa em quartos e os quartos em tomadas

ou luzes, teremos as nossas classes e sobclasses as quais terão vários relés que

gerirão a corrente recebendo o sinal de comando do UDOO. Para a gestão da

simultaneidade, escrivemos um programa em C-‐Wiring o qual lendo os valores

de tensão das Baterias e da capacidade das garrafas de H2, saberá qual sistema

terá a "prioridade" para fornecer Energia na casa.

Para as Baterias: Para as nossas baterias Litio 48V, vamos usar um controlador

de niveis de tensão de saida que nos dirá quantas carga temos ainda a disposição

e qual a percentagem. Para esta tarefa usaremos os Transistores MOSFET

(material semicondutor para controlar o fluxo de corrente entre o dreno e a

fonte) que com conversores buck avaliarão as caidas de tensão no interior das

baterias.

Será construida uma placa com eles, a qual será posicionada entre o Regulador

de Carga Hibrido Solar/Eolico e a saida das Baterias.


67

Um conversor buck

funciona através da manipulação dos campos elétricos e magnéticos de um

indutor para converter uma alta tensão e uma baixa corrente em uma tensão

mais baixa e mais corrente mais elevada. Este é muito mais eficiente do que a

simples utilização de uma série de resistências para soltar a tensão.

O microcontrolador-‐Udoo acciona o MOSFET através da linha de PWM

(modulação de sua razão cíclica (duty cycle) para transportar qualquer

informação sobre um canal de comunicação ou controlar o valor da alimentação

entregue à carga)e usa a realimentação de tensão e corrente dos circuitos de

detecção para obter um controlo muito preciso da tensão de saída.

SKETCH EM C-‐WIRING:

// Function created to obtain chip's actual Vcc voltage value, using internal

bandgap reference

// This demonstrates ability to read processors Vcc voltage and the ability to

maintain A/D calibration with changing Vcc

Esquema Eletrico MOSFET/CONVERSOR BUCK


68

int battVolts; // made global for wider avaliblity throughout a sketch if needed,

example a low voltage alarm, etc

void setup(void) {

Serial.begin(38400);

Serial.print("volts X 100");

Serial.println( "\r\n\r\n" );

delay(100);

}

void loop(void)

{

battVolts=getBandgap(); //Determins what actual Vcc is, (X 100), based on

known bandgap voltage

Serial.print("Battery Vcc volts = ");

Serial.println(battVolts);

Serial.print("Analog pin 0 voltage = ");

Serial.println(map(analogRead(0), 0, 1023, 0, battVolts));

Serial.println();

delay(1000);

}

int getBandgap(void) // Returns actual value of Vcc (x 100)

{

#if defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__)

// For mega boards

const long InternalReferenceVoltage = 1115L; // Adjust this value to your

boards specific internal BG voltage x1000

// REFS1 REFS0 -‐-‐> 0 1, AVcc internal ref. -‐Selects AVcc reference

// MUX4 MUX3 MUX2 MUX1 MUX0 -‐-‐> 11110 1.1V (VBG) -‐Selects

channel 30, bandgap voltage, to measure

ADMUX = (0<<REFS1) | (1<<REFS0) | (0<<ADLAR)| (0<<MUX5) | (1<<MUX4)

| (1<<MUX3) | (1<<MUX2) | (1<<MUX1) | (0<<MUX0);


69

#else

// For 168/328 boards

const long InternalReferenceVoltage = 1056L; // Adjust this value to your

boards specific internal BG voltage x1000

// REFS1 REFS0 -‐-‐> 0 1, AVcc internal ref. -‐Selects AVcc external

reference

// MUX3 MUX2 MUX1 MUX0 -‐-‐> 1110 1.1V (VBG) -‐Selects channel 14,

bandgap voltage, to measure

ADMUX = (0<<REFS1) | (1<<REFS0) | (0<<ADLAR) | (1<<MUX3) | (1<<MUX2)

| (1<<MUX1) | (0<<MUX0);

#endif

delay(50); // Let mux settle a little to get a more stable A/D conversion

// Start a conversion

ADCSRA |= _BV( ADSC );

// Wait for it to complete

while( ( (ADCSRA & (1<<ADSC)) != 0 ) );

// Scale the value

int results = (((InternalReferenceVoltage * 1024L) / ADC) + 5L) / 10L; //

calculates for straight line value

return results;


70

}

Para as garrafas de H2: A diferença das baterias, para o nível da quantidade de

H2 nas garrafas vamos usar sensores de peso/balanças (FORCE SENSITIVE

RESISTOR)que informarão o Udoo da quantidade presente o interior.

Serão posicionados e calibrados em baixo das garrafas para saber a situaçao do

nível do Hidrogenio produzido pela FuelCell.


/* FSR FORCE SENSITIVE RESISTOR testing sketch.

Connect one end of FSR to 5V, the other end to Analog 0.

Then connect one end of a 10K resistor from Analog 0 to ground

Connect LED from pin 11 through a resistor to ground


71

int fsrAnalogPin = 0; // FSR is connected to analog 0

int LEDpin = 11; // connect Red LED to pin 11 (PWM pin)

int fsrReading; // the analog reading from the FSR resistor divider

int LEDbrightness;

void setup(void) {

Serial.begin(9600); // We'll send debugging information via the Serial monitor

pinMode(LEDpin, OUTPUT);

}

void loop(void) {

fsrReading = analogRead(fsrAnalogPin);

Serial.print("Analog reading = ");

Serial.println(fsrReading);

// we'll need to change the range from the analog reading (0-‐1023) down to the

range

// used by analogWrite (0-‐255) with map!

LEDbrightness = map(fsrReading, 0, 1023, 0, 255);

// LED gets brighter the harder you press

analogWrite(LEDpin, LEDbrightness);

delay(100);

}

FSR-‐FORCE SENSITIVE RESISTOR


72

-‐ UDOO A peça chave deste projeto, uma integração

de um Arduino Due, que possui mais entradas e

saídas que o Uno (mais 40 digitais e 6 analógicas

e também maior memória), com um processador

ARM dual ou quad-‐core, o qual pode ser usado para processar um sistema

operativo como Linux, Yocto ou mesmo Android. Esta plataforma permite a

alternância entre Linux e Android em apenas segundos, precisando apenas de se

trocar o cartão micro-‐sd por outro com o sistema operativo preferêncial pré-‐

instalado. É possível também ligar um disco SATA ao dispositivo para ter maior

capacidade de armazenamento. Os programas desenvolvidos para o arduino

podem ser facilmente introduzidos no microcontrolador através do IDE.

-‐PRINCIPAIS CARACTERISTICAS:


73

· Processador i.MX 6 ARM Cortex-‐A9 Quad core 1GHz

• · Gráficos integrados, cada processador fornece 3 aceleradores para 2D, OpenGL 3D e

OpenVG.

• · Processador SAM3X8E ARM Cortex-‐M3 (O mesmo que o arduino Due).

• · 1GB de RAM DDR3

• · 76 entradas/saídas

• · Compatível com shields para arduino UNO

• · Saída HDMI e LDVS + Touch (porta I2C)


74

• · Porta RJ45 (10/100/1000MBit)

• · Módulo WiFi

• · Porta miniUSB e Mini USB OTG

• · 2 portas USB tipo A

• · Saída de áudio e entrada para microfone

• · Conetor SATA

• · Conetor para camara

• · Leitor de cartoes micro sd (apenas para sistema operativo)

• · Energia de funcionamento: 12v

-‐ Arduino

O arduino é uma plataforma física de computação

open-‐source, baseada num simples microcontrolador

que pode ser programado num interface gráfico próprio

para tal. Esta pequena placa pode ser usada para

desenvolver objetos interativos, ler dados provenientes de sensores e para

controlo de luzes, motores e outras saídas físicas. Este dispositivo pode funcionar

em stand-‐alone, no qual apenas interage com as entradas e saídas conforme o

código inserido, ou pode comunicar com o computador ou qualquer outro

dispositivo que consiga ler dados enviados através da porta série do arduino.


75

Estas placas pré-‐fabricadas foram as escolhidas por nós pois são

extremamente úteis no momento da prototipagem no qual o tempo gasto na

montagem de um circuito e inserção do nosso código é quase nulo. Como é open-‐

source, depois de concluída a fase protótipo inicial, poderíamos passar à seguinte e

comprar os elementos essenciais e fazer a nossa própria placa com um circuito à

medida do nosso projeto.

A programação em C-‐Wiring

IDE para Programação em C-‐Wiring Arduino


76

-‐Módulo para os Quartos

Como dito anteriormente, temos pensado em construir módulos que gerem cada

quarto e recebem as informaçoes do Udoo.

O módulo será formado por um TouchScreen 3.2", um arduino mini que será o

nosso microcontrolador, um módulo wi-‐fi ESP, um numeros de relés a segunda

das tomadas/luzes e uma Camara VGA para a segurança.

No ecrã TouchScreen podemos ver todas as informaçoes que o Udoo envia, tipo

consumo energia ou a situação metereologica, recebendo-‐as atraves do módulo

WI-‐FI ESP ligado ao Arduino MIni.

O arduino mini será o nosso controlador de todas estas componentes do módulo.


77

-‐Estação Metereologica

Outra componente ligada ao nosso Udoo, será uma placa shield com um

microcontrolador PIC12F683, que atraves de sensores de humidade pressão e

temperatura nos dará informaçoes do Tempo no exterior em tempo real, visiveis

Também nos módulos dos quartos alem que no Udoo. Mesmo no Udoo esta

shield comunicará e mostrará as informaçoes no Software de Domotica

Freedomotic instalando um plugin.


#include <WeatherShield1.h>

#define RXBUFFERLENGTH 4

WeatherShield1 weatherShield;

//#define IODATA_PIN 2


78

//#define CLOCK_PIN 7

//#define MY_WEATHERSHIELD_ADDRESS 10

//WeatherShield1 weatherShield(CLOCK_PIN, IODATA_PIN,

MY_WEATHERSHIELD_ADDRESS);

void setup(){

/* Initialize the serial port */

Serial.begin(9600);

}

/* This is the main sketch loop handler */

void loop() {

/* This is the buffer for the answers */

unsigned char ucBuffer[RXBUFFERLENGTH];

/* Check for the weather shield connection */

if (weatherShield.sendCommand(CMD_ECHO_PAR, 100, ucBuffer)) {

Serial.println("Connection With Shield Performed OK");

}

/* Start reading temperature */

float fTemperature = 0.0f;

unsigned short shTemperature = 0;

if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETTEMP_C_AVG, 0, ucBuffer))

fTemperature = weatherShield.decodeFloatValue(ucBuffer);

if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETTEMP_C_RAW, 0, ucBuffer))

shTemperature = weatherShield.decodeShortValue(ucBuffer);

/* Read pressure values */

float fPressure = 0;

unsigned short shPressure = 0;

if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETPRESS_AVG, 0, ucBuffer))


79

fPressure = weatherShield.decodeFloatValue(ucBuffer);

if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETPRESS_RAW, 0, ucBuffer))

shPressure = weatherShield.decodeShortValue(ucBuffer);

/* Read humidity values */

float fHumidity = 0;

unsigned short shHumidity = 0;

if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETHUM_AVG, 0, ucBuffer))

fHumidity = weatherShield.decodeFloatValue(ucBuffer);

if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETHUM_RAW, 0, ucBuffer))

shHumidity = weatherShield.decodeShortValue(ucBuffer);

/* Send all data through the serial line */

Serial.print("Temperature ");

Serial.print(fTemperature);

Serial.print(" Celsius (");

Serial.print(shTemperature);

Serial.println(")");

Serial.print ("Pressure: ");

Serial.print(fPressure);

Serial.print(" kPa (");

Serial.print(shPressure);


Serial.print("Humidity: ");

Serial.print(fHumidity);

Serial.print(" % (");

Serial.print(shHumidity);



80

/* Wait some time before running again */

delay(1000);

}

5.3 FREEDOMOTIC

Para a parte da Domotica, vamos usar um Software criado em JAVA, alias um

Framework (em informatica é uma abstração que une códigos comuns entre

vários projetos de software provendo uma funcionalidade genérica), que fará

como interface grafico a todas as nossas funçoes e automatismos presentes no

Sistema de Domotica.

Estamos a falar do FREEDOMOTIC, um software aberto, flexível, escalável e

orientado no mashup (site personalizado ou uma aplicação web que usa

conteúdo de mais de uma fonte para criar um novo serviço completo) capaz de

interagir com os mais comuns e usados padrão da domotica, mas também com

soluções pessoais. Tudo em Freedomotic (web, social network, front-‐ends) é

considerado como um sensor ou um actuador dentro de um sistema de

automação. Por exemplo, é possível iniciar a máquina de lavar com um simples

tweet (Twitter), ou receber uma mensagem se o sensor de gas está detectar uma

perda na cozinha.

-‐Arquitetura

A arquitetura modular do Freedomotic fornece um core (framework) e uma série

de extensões (plugins).


81

Framework: inclui as estruturas internas de dados para a representação dos

ambientes (topologia, quartos, conexões, etc.), dos objetos presentes e seu

estado (ligado, desligado, aberto, fechado etc.), e também fornece um mecanismo

para a geração de regras

com um sistema de processamento de linguagem natural que permite ao usuário

de escrever automações como "se fora é escuro, liga a luz da sala".

Plugins: dividem-‐se em duas categorias:

-‐Device plugins: que permitem estender as funcionalidades do framework e

podem ser desenvolvidos e implantados como pacotes independentes, através

do market online oficial. Eles são geralmente criados para comunicar com tipos

específicos de hardware, mas também os mesmo client (gráficos ou web) são

plugins na mesma forma.

-‐Object Plugin: que modelam os objetos do mundo real (lâmpadas, portas,

sensores, etc.), com todas as suas propriedades "educando" o framework

aprópriado. Por exemplo, um conector para uma lâmpada indica ao framework

que o objeto tem uma propriedade (behavior) chamada de "powered" e outro

"brightness" que pode assumir valores inteiros entre 0 e 100. Uma lâmpada pode

estar ligada (Turn-‐On) ou desligada (Turn-‐Off) e sua luminosidade regularizada

aprópriadamente (brilho set). Se a propriedades "brilho" assume o valor 0, então

a lâmpada está desligado (alimentado = false), caso contrário ele está ligado

(alimentado = true).


82

-‐Mensagens e Regras

Freedomotic adota um sistema de mensagens baseado inteiramente em eventos,

qualquer mudança no ambiente ou interação com o software por usuarios

(clique no gráfico, alterar um valor em um objeto etc.) gera um evento. Estes são

públicados nos channels e interceptados dos trigger que ficam a escutar. Por sua

vez, cada disparador pode ser associado a um ou mais comandos que definem

uma reaction. Em outras palavras, quando um sensor comunica qualquer

alteração no ambiente, é gerado um evento de um canal e, se o evento é

consistente com o trigger, em seguida, um ou mais comandos podem ser

enviados para o actuador para executá-‐los.

Este mecanismo aparentemente processados, permite de criar regras para as

automações de uma forma totalmente simples e muito perto de linguagem

natural. As regras, de fato, são do tipo "if THIS than THAT ", onde a parte THIS

corresponde a um trigger, e a THAT constituída por um ou mais comandos


83

executados em seqüência e a mesma regra tomada em sua totalidade é uma

automação capaz de associar uns com outros trigger e comandos. Por exemplo:

-‐Criação de um ambiente personalizado

O sistema de regras baseadas em troca de mensagens pode

esconder os detalhes dos trigger e controles sobre objetos

virtuais de Freedomotic, portanto, permite a sua utilização

até aos usuários mais inexperientes para criar

automatismos.

Obviamente, para criar sistemas automatizados que se

encaixam perfeitamente às necessidades de cada pessoa não são suficientes

funções fornecidas por padrão, e por isso Freedomotic oferece a possibilidade de

modificar ou criar objetos, triggers, controles e automaçoes através do arquivo

de configuração XML especial. Portanto, agora, serão definidos os conceitos

necessários para criar um ambiente personalizado através desses arquivos.

-‐Object: Cada objeto de uso comum tem certas características e propriedades de

acordo com a sua finalidade e utilização. Por exemplo, uma lâmpada pode ser

ligada ou desligada, enquanto outra poderia permitir também a definição de

luminosidade.

Em Freedomotic, os objetos não são nada mais do que a abstração dos reais

presentes em casa, de modo que o objeto "lampada" será virtualmente

sintetizado por comportamentos estado (ligado ou desligado) e luminosidade.

Para criar um objeto precisa escrever a sua classe Java e o arquivo XML que

especifica os "behaviors".

-‐Trigger: Cada evento é enviado a um canal específico, cujo endereço é

representado por uma cadeia aparecem numa estrutura hierárquica de tipo

app.event.sensor.calendar.event.schedule e, por meio de um trigger, é possível

filtrar os eventos em trânsito num especifico canal. Um exemplo seria o de um

evento que notifica que são as horas 10 e que um trigger está escutando os

eventos correspondentes de tempo filtrando no canal entre seis horas e doze


84

horas. Podemos dar ao trigger um nome significativo como "it's morning" e usá-‐

lo para construir as automações tipo IF “it’s morning” THEN “turn off outside

lights”. Portanto, um trigger decide se um evento é para ser processado ou não.

Em outras palavras, se o trigger é consistente com o evento será executado o

comando associado. No exemplo acima, se o evento de notificação “it’s 10

o’clock” é verdade, então é verdade que "it's morning", e portanto podemos

executar o comando "turn off outside lights".

-‐Command: Executar um comando, ou seja executar uma ação em um objeto,

significa para Freedomótic alterar o valor que assume um behavior. Por exemplo,

("ligar sala luz") envolve a alteração do bahavior powered que vai de falso para

verdadeiro.

Um comando, portanto, não é mais do que um recipiente de parâmetros

personalizados que associa a cada um deles um valor.


85

-‐Reaction: Na terminologia de Freedomotic, a reaction identifica a automatização

e é constituída por um trigger e um ou mais comandos executados

sequencialmente dentro de um segmento dedicado para assegurar o

processamento paralelo. Como se acaba de ser mostrado, são os trigger e os

comandos a ser definidos em arquivos separados da automação e isso permite

que se pode usá-‐los mais vezes em diferentes automações. No caso queria-‐se

criar uma automação que permite desligar as luzes da residência e fechar as

cortinas cada vez que se liga a TV, precisa ter um cenário como este:

-‐trigger: TV turns on;

-‐command 1: turn off livingroom lights;

-‐ command 2: close rolling shutters;

Também é possível adicionar as condições dentro da reaction para verificar o

estado de um objecto antes de realizar a automação, permitindo assim de

aumentar a gama de controlo executada.

“WHEN TV turns on AND livingroom window is closed THEN turn off livingroom

lights AND close rolling shutters” permite de controlar o estado da janela depois


86

que a Tv foi ligada. Se a operação der exito positivo então serão executados os

comandos associados.

No Udoobuntu, para fazer arrancar o Freedomotic precisa instalar primeiro o

pacote Java e usar codigos no Terminal para começar o Login. O interface grafico,

ou back-‐end, padrão do Freedomotic é este:


87

Para este projeto agradeço muito o Doutor Mauro Cicolella, o qual, alem de ser

um dos desenvolvedores deste Software incrivel, ajudou-‐me nas fases de

realização do meu projeto.

5.4 OPEN ENERGY MONITOR

Como vimos no capítulo dos Consumos da Casa, para ser

mais precisos na mediçoes da potência consumida,

devemos usar outro projeto Open-‐Source para a

monitorização da Energia.

Este projeto chama-‐se OpenEnergyMonitor, e ajudara-‐nos

em todas as partes de mediçoes da Energia que entra no Sistema Produçao

Energia, que sae de cada tomada da Casa, calculando em detalhe quanto estamos

a gastar e se depois um periodo definido podemos melhorar a parte do

Dimensionamento e da Eficiencia da Casa Off-‐Grid.

Temos aqui Também a parte Hardware e Software. Na primeira parte vamos

usar um shield que se adapta perfeitamente às entradas do UDOO que faz o

monitoramento de energia que esta a ser consumida e também da energia

proveniente das fontes renovaveis fazendo assim a gestão de energia através de

sensores de Hall não invasivos reduzindo a complexidade de construção do

quadro elétrico ao ser igual como se não estivessem lá.


88

O EmonTx Shield tem 4 canais e cada canal será ligado a um senosr de Hall, que

pode ser instalado nos cabos dos aparelhos, na parte terminal dos cabos das

tomadas, e para medir a energia produzida de fonte renovaveis, entre o

regulador de carga e as Baterias.

Na segunda parte, do Software, temos criado um sketch para "apanhar" os dados

que vem de cada canal/nó conectado a o sensor de Hall, e uma base de dados

para armazenar os resultados com a possibilidade de fazer consultas em

qualquer momento e Também

Shield EmonTx OEM Sensor de Hall


89

on-‐line.

Tudo foi instalado no Udoo, desfrutando da interface grafica disponível no site

EmonCms, onde criando um perfil se pode "falar" em tempo real com o nosso

dispositivo de monitorização atraves da rede Wi-‐Fi.

Assim podemos saber na maneira mais detalhada possível, quanta Energia

estamos a produzir e quanta Energia estamos a gastar melhorando de vez em vez

o nosso Sistema de Energias Renovaveis.


#include "EmonLib.h"

EnergyMonitor ct1,ct2,ct3, ct4; -‐ Vários Canais Entradas-‐

const int LEDpin = 9;

void setup()


90

{

Serial.begin(9600);

Serial.println("emonTX shield a iniciar");

//fator de calibração = racio de CT / resistencia = (100A/0.05A)/33

Ohms = 60.606 ct1.current(1, 60.606);

ct2.current(2,

60.606);

ct3.current(3,

60.606);

ct4.current(4,

60.606);

// ADC de entrada, calibração, desfasamento ct1.voltage(0, 300.6, 1.7);

ct2.voltage(0, 300.6, 1.7); ct3.voltage(0, 300.6, 1.7); ct4.voltage(0, 300.6,

1.7);

• // Indicador de LED

pinMode(LEDpin,

OUTPUT);

digitalWrite(LEDpin,

HIGH);

}

void loop()

{


91

ct1.calcVI(20,2000);




Serial.print(ct1.realPower);

Serial.print(" ");


Serial.print(" ");


Serial.print(" ");


Serial.print(" ");

Serial.print(ct1.Vrms);

Serial.println();

delay(5000);

}


92

5.5 Controle em Remoto e Segurança

Controlar em remoto quer dizer ter a possibilidade de gerir e saber informaçoes

da nossa Casa em tempo real em qualquer parte do Mundo. Usar os nossos

Software de Domotica instalados no Udoo, fazer operaçoes com Freedomotic, ver

quanta energia estamos a gastar, se a temperatura da Casa esta confortavel, se

alguem esta a tentar roubar , tudo isso, sem ficar em casa, é possível e sem fios

com a conexão em Wi-‐Fi (802.11) e conectando dispositovos moveis a nossa

rede, a qual divide-‐se em dois:

-‐Rede Interna( Wi-‐Fi com Router);

-‐Rede Externa( Controle endereço localHost especifico da habitação com

Internet).

Na rede interna todos os componentes são ligados ao mesmo Router com vários

endereços IP. Estes endereços são como o nome e o sobrenome que o Router

reconhece para enviar e receber dados e distribuir as informaçoes.

Na rede externa vai ser a mesma coisa com a possibilidade atraves de Internet de

gerir de longe da casa e com qualquer dispositivos/SmartPhone que conseguem


93

conectar-‐se. Podemos criar Também aplicativos em Android ou IOS para este

tipo de controle.

Software como Freedomotic, baseados em Java, para este procedimento usam

uma API, um conjunto de rotinas e padrões estabelecidos por um software para a

utilização das suas funcionalidades por aplicativos que não pretendem envolver-‐

se em detalhes da implementação do software, mas apenas usar seus serviços.

Wi-‐Fi (pronúncia em inglês /ˈwaɪfaɪ/) é uma marca registrada da Wi-‐Fi Alliance. É utilizada

por produtos certificados que pertencem à

classe de dispositivos de rede local sem fios

(WLAN) baseados no padrão IEEE 802.11. Por

causa do relacionamento íntimo com seu

padrão de mesmo nome, o termo Wi-‐Fi é usado

frequentemente como sinônimo para a tecnologia IEEE 802.11.

Para se conectar a uma rede Wi-‐Fi, um computador deve ser equipado com uma

interface de rede sem fio. A combinação de um computador com uma interface

controladora é chamada de "Estação". Todas as estações compartilham um único

canal de comunicação de rádio frequência. Transmissões neste canal são

recebidas por todas as estações dentro do alcance. O hardware não informa ao

usuário que a transmissão foi entregue e por isso é chamado de mecanismo de

entrega de melhor esforço. A onda portadora é usada para transmitir os dados

em pacotes, referidos como ethernet frames. Cada estação está constantemente

modificando o canal de comunicação de rádiofrequência para pegar

transmissões disponíveis. Um dispositivo habilitado para Wi-‐Fi pode se conectar

à Internet quando dentro do alcance de uma rede sem fio conectada à Internet. A

cobertura de um ou mais pontos de acesso interligados -‐ chamados hotspots -‐

podem se estender a partir de uma área tão pequena como um quarto a uma área

tão grande como muitas milhas quadradas. Cobertura para uma área maior pode

exigir um grupo de pontos de acesso com sobreposição de cobertura, utilizando

função de repetidora.


94

-‐Sistema de Segurança-‐Alarme

Ao escolher uma solução de segurança para a sua casa, as opções são muitas, e os

equipamentos disponíveis variados.

Para quem pretende um alarme com videovigilância, as cameras IP são soluções

muito interessantes, tanto integradas num pacote completo, como

individualmente. A camera IP é um equipamento ligado à internet que lhe

permitirá poder observar uma determinada parte da sua casa, através de um

endereço IP, a que apenas você tem acesso. Existe uma grande variedade de

equipamentos deste género do mercado, sendo por isso importante conhecer as

características de algumas das melhores cameras IP, de modo a poder comparar

com outras opções.

De seguida poderá conhecer as características da camera IP VGA Hikvision, uma

das soluções de qualidade encontradas no mercado.

A camera IP VGA Hikvision é um equipamento que oferece um alto desempenho

na função de vigilância através de rede IP.

Esta camera IP possui um sensor CMOS, que permite assim a captação de

imagens de grande qualidade, em qualquer condição de luz. É por isso uma

solução muito versátil, já que é perfeita tanto no interior, como no exterior.

A camera IP VGA Hikvision oferece assim uma excelente imagem em locais como

garagens, estacionamento, estradas, jardim, prédio, vivendas, etc.

Além disso, a camera IP VGA Hikvision tem um filtro removível automático de

corte de infravermelho, o que permite transmitir a cores quando existe

iluminação suficiente, e a preto e branco, quando ela está ausente.

Neste equipamento tem ainda a opção de alojar um cartão SD/SDHC de 32 Gb.

Confira de seguida algumas das principais especificações da camera IP VGA

Camara IP VGA


95

Hikvision

Resolução 640 x 480;

Sistema PAL;

Sensor CMOS 1/4’’;

Alimentação: 12 Vdc, podendo ainda PoE;

Luminosidade mínima requerida é de 0.01 Lux (P/B).

Dê a devida atenção a todas as características de uma camera IP, de modo a

comprar a mais adequada para o local que pretende vigiar.

A camera IP VGA Hikvision, devido às suas características, é uma excelente opção

para qualquer situação.

Portanto uma vez criado o Sistema de segurança, interligado ao nosso Udoo,

devemos so adicionar um Alarme gerido sempre pelo Freedomotic que nos

avisará se alguem entra quando não deveria na habitação.


96

CAPÍTULO 6 -‐ RECICLAGEM E REAPROVEITAMENTO DE ÁGUAS CINZAS Neste Capítulo vemos como é possível reutilizar o lixo organico da nossa casa,

trasformando-‐o em adubo, os oleos em Biodiesel, e o reaproveitamento das

águas cinzas.

Para todo outro tipo de lixo, como papel, vidro, metalos, plastico, usam-‐se as

normais tecnicas de Reciclagem.

Devemos so aprender a dividir o lixo nas caixas especiais.

A reciclagem reduz, de forma importante, impacto sobre o

meio ambiente: diminui as retiradas de matéria-‐prima da

natureza, gera economia de água e energia e reduz a

disposição inadequada do lixo. Além disso, é fonte de renda

para os catadores.

A preservação do meio ambiente começa com pequenas

atitudes diárias, que fazem toda a diferença. Uma das mais importantes é a

reciclagem do lixo. As vantagens da separação do lixo doméstico ficam cada vez

mais evidentes. Além de aliviar os lixões e aterros sanitários, chegando até eles

apenas os rejeitos (restos de resíduos que não podem ser reaproveitáveis),

grande parte dos resíduos sólidos gerados em casa pode ser reaproveitada. A


97

reciclagem economiza recursos naturais e gera renda para os catadores de lixo,

parte da população que depende dos resíduos sólidos descartados para

sobreviver.

6.1 Adubo ou Fertilizante

Transformar o lixo orgânico em adubo é uma opção para diminuir o volume de

resíduo destinado aos lixões, além de reduzir emissões que causam efeito estufa.

A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) prevê algumas metas

importantes para minimizar problemas ambientais, sociais e econômicos

provocados pelo manejo inadequado do lixo. O fechamento de lixões e a

construção ou a modernização de aterros são medidas do Estado que podem

melhorar a relação do brasileiro com seu lixo. No entanto, algumas mudanças de

hábitos também são contribuições importantes para o meio ambiente.

Quando o lixo é destinado de maneira incorreta e fica a céu aberto, pode ocorrer

contaminação de lençóis freáticos com chorume, emissão de gases do efeito


98

estufa (que causam seu desequilíbrio) , como o gás metano (CH4 -‐ 20 vezes mais

prejudicial na atmosfera do que o CO2 ) e ainda atrai insetos e animais, que

podem transmitir doenças ao homem. Um grande parcela do volume de resíduos

produzido anualmente no país é lixo orgânico, que poderia ter um destino muito

mais correto do que um lixão.

A compostagem doméstica é uma das saídas para solucionar esse problema. Esse

método faz com que você tenha um local para reutilizar o lixo orgânico dentro de

casa, onde você irá tratá-‐lo para produzir adubo. Deixar o lixo em casa ainda é

um tabu para a maioria das pessoas, pois aprendemos que tudo que não é

necessário ou que não queremos mais deve ser jogado fora. No entanto, essa é

uma forma de minimizar de maneira sustentável os impactos ambientais do seu

consumo diário, ao diminuir volume de resíduos destinado aos lixões e aterros

(clique aqui e veja mais sobre como reduzir todos os tipos de lixo

doméstico). Existem duas maneiras de fazer isso: a vermicompostagem e a

compostagem seca.

A eCycle apresenta abaixo um passo-‐a-‐passo com a explicação do funcionamento

de cada um dos métodos de compostagem para desmistificar o processo e te

ajudar na escolha. Depois, basta colocar em prática essa atitude que une

sustentabilidade, tecnologia e consumo consciente de um modo simples e barato.

Vermicompostagem (minhocário)


99

-‐Procedimento

O processo será realizado por microrganismos presentes no solo e acelerado por

minhocas, que irão se alimentar dos resíduos e transformá-‐los em húmus. Essa

população de minhocas pode aumentar ao longo do tempo (a quantidade inicial é

de 200 a 250), mas geralmente, de acordo com o espaço e a disponibilidade de

alimentos, elas mesmas fazem o controle. Algumas pessoas podem ficar com nojo

ou ter algum receio em ter tantas minhocas em casa, mas elas não saem das

caixas, não exalam cheiro e muito menos transmitem doenças (veja mais aqui).

Você também não precisa sair por aí procurando minhocas. Existem produtos no

mercado que vêm prontos para o uso, inclusive com as minhocas do tipo

californianas vermelhas, que se adequam melhor a esse fim.

Esse sistema de compostagem é formado por uma tampa, três ou mais caixas

empilháveis de plástico opaco (a quantidade depende da demanda familiar,

assim como a dimensão dos contêineres), sendo duas digestoras, com furos no

fundo, uma coletora para armazenar o chorume produzido no processo (é a que

forma a base da composteira). Calma! Esse resíduo não é aquele tão prejudicial

ao meio ambiente e produzido nos lixões. O chorume orgânico ou biológico é um

biofertilizante líquido, rico em nutrientes e sais minerais. Basta dilui-‐lo em água,

em uma proporção de 1/5 até 1/10, e borrifar nas folhas de sua horta caseira ou

das plantas de sua casa. Nos lixões, a origem do chorume é diversa, contendo

inclusive metais pesados, por isso é um contaminante do ecossistema.

-‐Manutenção

Supondo que você adquiriu uma composteira de três caixas, a de baixo será a que

acumulará o biochorume e a do meio e a de cima serão as digestoras. É no

compartimento do meio que as minhocas serão colocadas, tendo cerca de três

dedos de altura de húmus no local. A caixa de cima também terá a mesma

quantidade de húmus (mas sem nenhuma minhoca), enquanto a coletora de

biochorume ficará vazia.

A partir de então, coloque uma pequena quantidade de resíduo orgânico (saiba

aqui o que vai e o que não vai para a composteira) na caixa digestora

intermediária. O recomendado é alimentar a composteira todos os dias. Da


100

primeira vez, deposite aproximadamente meio copo (100 mL) e aumente 50 mL

a cada quinze dias até atingir a quantidade de 1 L por dia. Os primeiros resíduos

não devem ser espalhados pela caixa, basta concentrá-‐los em uma parte e cobrir

com o dobro de volume de material seco (serragem de madeira virgem, palha,

folhas secas, grama seca) para as minhocas começarem os trabalhos.

Essa mistura de material orgânico (rico em carbono) com o material seco (rico

em nitrogênio) é importante para manter o pH do sistema, além de permitir uma

boa ventilação da mistura e de controlar a umidade. Se houver uma boa aeração,

o processo de decomposição será mais rápido e o húmus produzido terá melhor

qualidade.

Com o passar do tempo, a caixa digestora intermediária irá se encher de húmus,

chegando bem próxima à caixa de cima. A partir de então, as minhocas passarão

para o outro recipiente e você poderá repetir o processo, agora com a caixa

superior. Quando isso ocorrer, espere o processamento completo do húmus e a

migração total das minhocas para a caixa superior. Quando isso ocorrer, retire o

húmus da caixa intermediária e a inverta de posição com a que estava na parte

de cima (mais detalhes serão explicados no decorrer da matéria). Utilize o

húmus para fortificar suas plantas e repita o processo.

-‐Dicas

O excesso de água é um dos fatores mais prejudiciais, pois as minhocas têm

dificuldade de se locomover (em razão de o composto se tornar mais

escorregadio), além de afetar a aeração do sistema. Faça um teste simples: aperte

a mistura e verifique se há gotejamento de líquido. Se isso ocorrer, coloque mais

material seco, de preferência a serragem, e revolva a mistura para solucionar

esse problema.

Fique atento quando você colocar frutas nas caixa digestoras, como cascas de

banana e mamão. Elas são responsáveis, dependendo da regulação de umidade

do seu conjunto de caixas, pelo eventual aparecimento de mosquinhas de fruta,

da espécie Drosóphila. Elas são inofensivas, mas o problema é o incômodo que a

grande quantidade delas causa. Resíduos como cascas de frutas podem conter

ovos de moscas que eclodem quando inseridos na mistura. Não use qualquer tipo

de veneno para espantar esses insetos, pois eles podem afetar as minhocas.


101

Regule a umidade. Se não resolver, faça um chá concentrado de capim limão e

borrife na mistura.

Também pode acontecer de algumas minhocas caírem na caixa coletora de

chorume e morrerem afogadas após um tempo, por não terem como subir de

volta à caixa digestora. A colocação de um pequeno pedaço de tijolo encostado

nas paredes da caixa pode solucionar o problema ao servir como uma escada.

É importante não deixar a vermicomposteira exposta ao sol e à chuva. Água e

calor no sistema podem provocar a fermentação da mistura, que eventualmente

irá exalar mau cheiro. Caso isso aconteça, retire a tampa por um tempo, remexa o

conteúdo, acrescente um pouco mais de material seco e não coloque novos

resíduos por dois dias.

-‐Minhocas

As minhocas também precisam de uma certa atenção. Respeite a dieta e as

limitações delas. Os restos de comida são geralmente bem aceitos, mas evite as

cascas de frutas cítricas, gordura animal, restos de alimentos salgados, cinzas de

churrasqueira, alho, cebola, fezes de animais domésticos, carne de qualquer

espécie, laticínios (em excesso), papel higiênico e madeira tratada com pesticidas

ou verniz (nem mesmo como material seco). A presença desses resíduos provoca

lentidão no processo, gerando problemas com pragas e até a morte das minhocas

(clique aqui e saiba o que fazer com o que não vai para a composteira).

Podem ser colocados na caixa digestora restos de alimentos cozidos, borra de

café (em pouca quantidade), erva-‐mate, saquinhos de chá, frutas, legumes, grãos,

sementes e casca de ovo. É recomendável picar esses materiais para facilitar e

acelerar a ação das minhocas. O papel marrom e o papelão também são bem-‐

vindos, mas sem exagero. As páginas de revistas e jornais (sobretudo as páginas

coloridas) são tratadas com cloro e têm muita tinta, por isso não é aconselhável

colocá-‐las na composteira. Saiba mais aqui o que fazer com resíduos que não vão

para a composteira.

-‐Húmus

Uma caixa digestora média (50cm x 35cm x 65cm), indicada para duas pessoas

pode receber cerca de 1 L de resíduos orgânicos por dia e deverá ficar

completamente cheia em um mês (como existem dimensionamentos diferentes


102

de acordo com a demanda familiar, esse tempo pode variar de acordo com o

modelo do produto). Após esse período, retire o húmus da caixa do meio (veja

mais abaixo) e faça a troca de posição (a de cima vai para o meio e a do meio vai

para cima). Dessa forma, o processo continuará sendo realizado enquanto a

outra caixa coletora receberá os próximos resíduos. As minhocas migrarão pelos

buracos no fundo do compartimento para esse recipiente, após se alimentarem

de todo o material orgânico que havia sido depositado. Em aproximadamente

dois meses, você terá produzido húmus de minhoca em sua casa, além de ter

reciclado todo o lixo orgânico.

A retirada do húmus precisa ser cuidadosa para não machucar as minhocas. Ao

constatar que todo o alimento depositado na caixa virou uma terra úmida

marrom escura e homogênea, deixe a caixa exposta ao sol. Dessa forma as

minhocas irão fugir da luz migrando para o fundo, por isso que as caixas

precisam ser de plástico opaco. Essa movimentação ocorre em poucos minutos.

Em seguida, raspe o húmus com uma pá. Caso encontre mais minhocas, deixe

mais um tempo a luz e retome a retirada. Não se esqueça de deixar cerca de três

dedos de húmus no fundo para que a caixa receba novos os resíduos e também

as minhocas.

6.2 Biodiesel Caseiro

Nas aulas de Laboratório para a cadeira de Química dos Combustíveis, vimos

como é possível a partir de oleo reciclado de cozinha, produzir Biodiesel.

Muitos bares, restaurantes, hotéis e residências ainda deitam o óleo utilizado na

cozinha direto na rede de esgoto, desconhecendo os prejuízos dessa ação.

Independente do destino, esse produto prejudica o solo, a água, o ar e a vida de

muitos animais, inclusive o homem. Quando retido no encanamento, o óleo causa

entupimento das tubulações e faz com que seja necessária a aplicação de

diversos produtos químicos para a sua remoção. Se não existir um sistema de

tratamento de esgoto, o óleo acaba se espalhando na superfície dos rios e das

represas, contaminando a água e matando muitas espécies que vivem nesses

habitats.


103

Dados apontam que com um litro de óleo é possível contaminar um milhão

de litros de água. Se acabar no solo, o líquido pode impermeabilizá-‐lo, o que

contribui com enchentes e alagamentos. Além disso, quando entra em processo

de decomposição, o óleo libera o gás metano que, além do mau cheiro, agrava o

efeito estufa.

Despejo correto de óleo

Para evitar que o óleo de cozinha usado seja lançado na rede de

esgoto, cidades, instituições e pessoas de todo o mundo têm criado métodos

para reciclar o produto. As possibilidades são muitas: produção de resina para

tintas, sabão, detergente, glicerina, ração para animais e até biodiesel.

Processo para Biodiesel: A transformação do óleo de cozinha em energia

renovável começa pela filtragem, que retira todo o resíduo deixado pela fritura.

Depois é removida toda a água misturada ao produto. A depender do óleo, ele

passará por uma purificação química que irá retirar os últimos resíduos. Esse

óleo "limpo" recebe então a adição de álcool e de uma substância catalisadora.

Colocado no reator e agitado a temperaturas específicas, ele se transforma em

biocombustível e após o refino pode ser usado em motores capacitados para

queimá-‐lo.

6.3 Reaproveitamento das águas cinzas

Água cinza para reúso é o efluente doméstico que não possui contribuição da

bacia sanitária e pia de cozinha, ou seja, as efluentes geradas pelo uso de

banheiras, chuveiros, lavatórios, máquinas de lavar roupas.


104

A reutilização de águas cinzas tratadas em residências contribui reduzindo o

consumo residencial de água potável, reduzindo também o volume de

contaminantes do solo e dos corpos d’água. Em alguns casos, principalmente em

edificações grandes, a prática do reúso apresenta-‐se como uma alternativa mais

atrativa, em termos econômicos, do que a utilização de águas pluviais. Para o

sistema de reúso alguns cuidados básicos merecem destaque:

a) o sistema hidráulico deve ser identificado e totalmente independente do

sistema de abastecimento de água potável;

b) todos os pontos de acesso à água de reúso devem ter acesso restrito, e devem

ser identificados adequadamente;

c) as pessoas que trabalharem em atividades inerentes ao sistema de reúso

devem receber instruções;

d) os reservatórios de armazenamento devem ser específicos.

Basicamente, o sistema necessário para o aproveitamento desses efluentes

constitui-‐se, segundo May e Hespanhol (2006, p. 4), de:

a) coletores: um sistema de condutores, tanto verticais como horizontais, que


105

possibilite o transporte do efluente do chuveiro, do lavatório e da máquina de

lavar, até o sistema de armazenamento;

b) armazenamento: composto por um ou mais reservatórios que irão armazenar

o conteúdo proveniente dos coletores;

c) tratamento: esse dependerá da qualidade que a água coletada deverá receber,

para atender às necessidades do seu destino.

O sistema de coleta e uso de águas cinzas está associado aos seguintes itens:

a) verificação dos pontos de coleta e pontos de uso;

b) levantamento das vazões disponíveis;

c) dimensionamento do sistema que captará e transportará os efluentes;

d) dimensionamento do reservatório que abrigará as águas;

e) definição do tratamento que será necessário, relacionado ao uso que a água

terá;

f) tratamento da água;

g) dimensionamento do sistema de distribuição do efluente já tratado.


106

Descrição do Sistema:

a) o RSP (reservatório superior de água potável) recebe água potável, a

armazena e depois atende a lavatórios e chuveiros;

b) o efluente proveniente desses aparelhos é então encaminhado à EACB

(elevatória de água cinza bruta);

c) a água cinza é bombeada para a estação de tratamento, no primeiro momento

ela passa pelo RAC (reator anaeróbio compartimentado), onde acontecem

reações de estabilização de MO (matéria orgânica) e sedimentação; ainda no

RAC, ocorre a digestão anaeróbia do lodo aeróbio e do lodo terciário que são

recirculados, do decantador e do filtro terciário respetivamente;

d) segue para o FBAS (filtro biológico aerado submerso);

e) passa pelo DEC (decantador secundário);

f) em sequência pelo FT (filtro terciário);

g) saída da estação de tratamento, a água cinza vai para a desinfeção, que ocorria

dentro da EACT (elevatória de água cinza tratada);

h) agora clorada, a água pronta para ser reutilizada é bombeada para o RSR

(reservatório superior de água de reúso), e daí distribuída para os vasos

sanitários e para os mictórios.


107

TRATAMENTO DE ÁGUAS CINZAS

Os efluentes que terão como destino algum reúso, devem passar por um

tratamento, para que possam atender às expectativas dos usuários e

principalmente para que não comprometam a

saúde desses. Visto isso, alternativas de tratamento devem ser estudadas.

a) primeiramente deve passar por um dos dois tratamentos abaixo,

-‐ sistema físico-‐químico: coagulação, floculação e decantação ou flotação;

-‐ sistema aeróbio de tratamento biológico de lodos ativados;

b) sistema físico: sedimentação e filtração simples através de decantador e filtro

de areia;

c) processo de desinfeção;

d) por fim, caso seja necessário, executar a correção do pH.


108

CAPÍTULO 7 – CONCLUSÕES E MELHORIAS O último capítulo deste relatório tratará as conclusões e as discussoes sobre a

possível realização deste projeto e como cada Sistema que faz parte poderá ser

melhorado graças as novas tecnologias e pesquisas que melhorarão sempre mais

os componentes e os aparelhos.

A innovação por natureza cresce, e crescendo substituirá as partes que não

garantirão mais performances competitivas.

Eficiência, rendimento, dimensoes, duração, todos fatores que serão sempre em

melhoria continua.

Em uma area como as Energias Renováveis, onde os aparelhos são dependentes

a estas mudanças, precisamos de substituir a maioria dos componentes dos

vários Sistemas, sobretudo para o Custo que hoje em dia não é muito acessível.

Em todo relatório não falamos dos custos porque sendo um projeto de uma Casa

padrão, não é possível ter cifras específicas e iremos a enfrentar outra questão

sobre tipologias de Mercados Estrangeiros e Local para as importaçoes dos

aparelhos, não sempre disponiveis e "vendaveis" para as leis nacionais.

Os custos de realização são mesmo um dos problemas principais pela realização

deste projeto e para o uso das Energias Renováveis em geral, o que significa que

para agora a maioria dos usuarios convem o refornicimento pela Rede Pública.

Para a produção da água por exemplo seria um grande gasto de Energia a

alimentação do nosso "Compluvium do Mar"; para garantir energia elétrica na

Casa, as Pilhas de Combustível de Hidrogénio hoje são muito caras, alem das

outras partes como o aerogerador, os paneis fotovoltaicos, as baterias que já têm

custos não propriamente acessíveis a todos.

O discurso seria portanto sobre os investimentos em Centrais de Energias

Renováveis as quais garantiriam a necessidade Energética a uma Comunidade

inteira, adotando uma visão de "Produção Energética Compartilhada".

Cada usuário desta Smart-‐Grid iria alimentar as centrais núcleos aumentando a

produção e tendo a garantia para a nossa Potência Diária estabelecida.


109

Investir portanto sobre centrais com esta tipologia, como as centrais

Hidroelétricas, levaria o preço da Energia quase a zero, mas é melhor não

continuar com este assunto para não cair em discursos de ideais politicos

pessoais.

Voltando as melhorias, vemos agora como um material de nova geração pode

ajudar-‐nos em melhorar os vários componentes, como um projeto Open-‐Source

pode aumentar as interconexões da casa entre um aparelho eletrónico e outro,

como viver perto da costa pode desfrutar a energia das Ondas e convertir-‐la em

Energia Elétrica, como novas tecnologias que desfrutam a Geotermia estão a

investigar em novos tipo de sistemas ar/ar para a climatização da Casa e o AQS.

Ou como Também dividir a rede elétrica em 2 redes distintas (AC 230V e DC 48V

das baterias) poderia optimizar o consumo de energia para a Iluminação e os

aparelhos eletricos.

7.1 Grafeno

O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante, a

grafite, os nanotubos de carbono e fulerenos. O grafeno de alta qualidade é muito

forte, leve, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade. É o

material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos

de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões.1 É um

ingrediente para materiais de grafite de outras

dimensões, como fulerenos 0D, nanotubos 1D ou

grafite 3D.

O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono

em ligação sp2 densamente compactados e com

espessura de apenas um átomo, reunidos em uma

estrutura cristalina hexagonal. O nome vem de

grafite + -‐eno; o grafite em si consiste de múltiplas

folhas arranjadas uma sobre a outra.


110

O grafeno sem dúvida irá ser o material do futuro. Entre as características, que

fazem do grafeno um material barato e versátil no campo da energia, está a

espessura fina, flexibilidade e grande estabilidade. A extensão de um grama de

grafeno pode ser de até 2600 metros quadrados, tornando possível armazenar

grandes quantidades de energia em um pequeno espaço.

O Grafeno pode ser utilizado em diferentes sectores. A indústria automobilística,

por exemplo, pode usá-‐lo para produzir baterias mais eficientes para carros

elétricos aumentando a autonomia de veículos de emissão zero, enquanto a

indústria fotovoltaica será capaz de usá-‐lo para produzir células solares mais

flexíveis, resistentes e mais produtivos.

Aplicações de grafeno não param por aí, e vão do armazenamento de hidrogênio

para os supercapacitores, dispositivos para o acúmulo e liberação de energia.

Também no domínio da energia fotovoltaica o tempo ainda não está maduro

para o grafeno por causa do preço do silício, muito mais competitivo, e a baixa

eficiência das células solares baseadas em materiais bidimensionais.

O Grafeno, no entanto, devido à sua versatilidade, permite aumentar o alcance

das células solares, transformando vidro, janelas e toda as superfícies em um

painel fotovoltaico transparente ou colorido, algo impensável com a tecnologia

de hoje com base em silício. No futuro, para reduzir as emissões no consumo de

energia e reduzir os custos na dependência dos combustíveis fósseis, temos de

concentrar-‐se nesses novos materiais para ampliar o leque de aplicações dos

painéis.

No caso de hidrogénio, os semicondutores bidimensionais combinados com o

grafeno poderiam dar vida para recipientes semelhantes a esponjas, capazes de

separar as moléculas, de forma eficaz o armazenamento do gás e impedir a

explosão durante o transporte.

No caso de células fotovoltaicas, por exemplo, é possível combinar os materiais

com uma elevada capacidade de absorver a luz em materiais capazes de

armazenar a energia mais eficientemente.


111

7.1.1 Grafeno nas Pilhas de Combustível -‐ Hidrogenio. O grafeno consegue diminuir os custos das FuelCell substituindo o platina. Usar o

grafeno em vez de platina na implementação das células de combustível seria um

benefício econômico, dada a considerável diferença de preços dos dois materiais.

Uma modificação que teria sido obtida através da aplicação de um material

híbrido, plaquetas em nanoescala auto-‐montados, tratáveis depois com azoto e

boro, seria obtida por fusão para os pontos GQD a folhas finas de óxido de

grafeno.

Uma combinação que iria oferecer vantagens em relação à platina, ao mesmo

tempo, para além da vantagem económica considerável.

7.1.2 Celulas Solares: Grafeno e Litio melhoram a eficiência Para as células solares flexíveis e transparentes, o grafeno Também contribuirá

nas melhorias. Cientistas da Universidade de Maryland Centro de Pesquisa de

Energia da Universidade de Monash, na Austrália desenvolveram uma folha de

grafite transparente e altamente condutora usando o lítio.

O protótipo obtido tem características ideais para aplicação em células solares

transparentes, displays flexíveis para energia fotovoltaica e dispositivos

touchscreen.

Aumentando a transmitância de folhas de grafite leve e uma inserção de lítio

entre as camadas de grafeno, vamos ter mais condutividade.

A bateria fornece elétrones para o grafeno, melhorando a sua condutividade.

Surpreendentemente, além disso, ao contrário de muitos outros materiais, os

elétrones fazem a grafite adicional mais transparente, devido a um determinado

efeito da mecânica quântica.

No final, os cientistas têm um pedaço de grafite ultra-‐fino capaz de transmitir

91,7% da luz visível e uma resistividade de superfície de apenas 3 Ohm / Sq, o

mais alto desempenho já alcançado até agora para a tecnologia de filme fino.


112

7.1.3 Membranas de Grafeno para a dissalação da água do Mar Entre as muitas propriedades do grafeno podemos acrescentar uma muito

importante, ou seja para a dessalinização da água do mar para recuperar a água

potável. Este é um processo muito discutido atualmente, por causa dos custos envolvidos,

também em termos de energia, é, portanto, considerado insustentável. Com o

grafeno, no entanto, as coisas podem mudar com o seu potêncial e podemos usá-‐

lo como uma membrana para o processo de osmose inversa.

Os métodos actualmente utilizados para a desalinização de água são destilação e

osmose inversa. Na destilação uma mistura é aquecida até a extração de

componentes voláteis a partir do vapor, que se condensa. Ela exige uma grande

quantidade de energia.

Na osmose inversa em vez força-‐se o fluxo de um fluido através de uma

membrana porosa, no lado em que tem uma maior concentração de sal para

outra em que é inferior. Também aqui é necessária uma quantidade considerável

de energia, mesmo que menor do que a necessária para a destilação.

Normalmente, as membranas utilizadas para osmose inversa são do tipo

polimérico. É um filtro fino colocado sobre um suporte. A membrana mais fina e

porosa é, maior será o fluxo de água e, assim, a membrana pode ter uma

superfície menor.

Os investigadores usaram folhas de grafeno da espessura de um átomo para

criar novas membranas, que resultaram ser muitos eficientes, trabalhando bem

na captação das moleculas de água.

7.2 Internet das Coisas -‐ Casa Jasmina

A Internet das coisas (inglês: Internet of Things) é, em certa medida, fruto do

trabalho desenvolvido pelo MIT Auto-‐ID Laboratory, recorrendo ao uso do RFID

e Wireless Sensor Networks. O objetivo foi, desde o início, criar um sistema

global de registro de bens usando um sistema de numeração único chamado

Electronic Product Code. A Internet das coisas é uma revolução tecnológica que

representa o futuro da computação e da comunicação e cujo desenvolvimento


113

depende da inovação técnica dinâmica em campos tão importantes como os

sensores wireless e a nanotecnologia.

Primeiro, para ligar os objetos e aparelhos do dia-‐a-‐dia a grandes bases de dados

e redes e à rede das redes, a Internet, é necessário um sistema eficiente de

identificação. Só desta forma se torna possível coligir e registrar os dados sobre

cada uma das coisas. A identificação por rádio frequência RFID oferece esta

funcionalidade. Segundo, o registro de dados beneficiará da capacidade de

detectar mudanças na qualidade física das coisas usando as tecnologias

sensoriais (sensor technologies). A inteligência própria de cada objecto aumenta

o poder da rede de devolver a informação processada para diferentes pontos.

Finalmente, os avanços ao nível da miniaturização e da nanotecnologia

significam que cada vez mais pequenos objectos terão a capacidade de interagir e

se conectar. A combinação destes desenvolvimentos criará uma Internet das

Coisas (Internet of Things) que liga os objectos do mundo de um modo sensorial

e inteligente. Assim, com os benefícios da informação integrada, os produtos

industriais e os objectos de uso diário poderão vir a ter identidades electrónicas

ou poderão ser equipados com sensores que detectam mudanças físicas à sua

volta. Até mesmo partículas de pó poderão ser etiquetadas e colocadas na rede.

Estas mudanças transformarão objectos estáticos em coisas novas e dinâmicas,

misturando inteligência ao meio e estimulando a criação de produtos inovadores

e novos serviços. A tecnologia RFID que usa frequências de rádio para identificar

os produtos é vista como potênciadora da Internet das Coisas. Embora algumas

vezes identificada como a sucessora dos códigos de barras os sistemas RFID

oferecem para além da identificação de objectos informações importantes sobre

o seu estado e localização.

Estes sistemas foram primeiramente usados na indústria farmacêutica, em

grandes armazéns e na saúde. As mais recentes aplicações vão dos desportos e

actividades de tempos livres à segurança pessoal. Etiquetas (também chamadas

de "tags") RFID estão a ser implantados debaixo da pele humana para fins

médicos e também em passaportes e cartas de condução. Leitores RFID estão

também a ser incluídos em telemóveis.

Para além do RFID, a capacidade de detectar mudanças no estado físico das


114

coisas é também essencial para registar mudanças no meio ambiente. Por

exemplo os sensores usados numa peça de vestuário inteligente podem registrar

as mudanças de temperatura no exterior e ajustar-‐se de acordo com elas.

Perspectiva-‐se um futuro em que poderemos usar roupa inteligente que se

adapta às características da temperatura ambiente, a passagem por um sensor

irá indicar-‐nos qual a manutenção que o nosso carro necessita, poderemos usar

os óculos de sol para receber uma chamada vídeo e os cuidados médicos poderão

ser prestados antecipadamente, graças a diagnósticos mais eficientes e rápidos.

Um exemplo de Internet das Coisas pode-‐se ver em Turim, onde foi estruturada

uma habitação, "Casa Jasmina", que tem aparelhos eletricos interligados e que

comunicam entre eles.


115

7.3 Energias das Ondas

Se temos a possibilidade de estar perto da costa, para a construção da Casa, alem

de desfrutar a dissalação para a água potavel, podemos recavar energia a partir

das Ondas.

As ondas são formadas pela força do vento sobre a água e o tamanho das ondas varia com a velocidade do vento, da sua duração e da sua distância da água da qual o vento faz força. O movimento da água que resulta da força do vento transporta energia cinética que pode ser aproveitada por dispositivos próprios para a captação dessa energia, chamada energia das ondas. Além da energia gerada pelo movimento da água que gera ondas e das quais resulta energia cinética, existe também a energia das marés que resulta da deslocação da água do mar, ou seja, com as variações de marés e ainda existe a energia térmica dos oceanos que apesar de ser menos falada não deixa de ser importante. Actualmente utiliza-‐se o movimento de subida/descida da onda para dar potência a um êmbolo que se movo de cima para baixo num cilindro, o êmbolo pode por um gerador a funcionar.

A Energia das ondas é de dois tipos: Cinetica (EK) e Potêncial (EP)

Energia Total (ET) = EK + EP


116

EK = !"!!!

!" onde !=densidade;

H=altura;

!=comprimento;

g=gravidade

Medição das ondas: depende do tipo de Vento.

Apenas entrar no Sistema, as ondas passam pelo Módulo de Potência.


117

Os tipos de Sistemas para obter Energia das ondas são :

NEARSHORE

e ONSHORE


118

CONCLUSÕES

Realizamos uma maquete para mostrar a maioria dos

Sistemas que irão compor a Nossa Casa, graças a ajuda

duma Empresa que faz mobiliarias em Papelão Reciclado

(filosofia em comum). A empresa chama-‐se MO.CA. do meu amigo Jorge Sá que

agradeço muito pela ajuda em realizar esta maqueta.

Sempre pela relização da maqueta um obrigado ao meu amigo Carlos Ribeiro,

pela supervisão geral.

Criamos portanto uma especie de Manual que permite de ter a disposição uma

Casa Inovadora que reflete o Estado da Arte em tecnologias de Energias

Renovaveis e Controle Automatizado, sem espesas de Consumos de uma Rede

Elétrica, auto -‐suficiente 100%, capaz de autoalimentar-‐se seguindo o princípio

do ciclo natural, como as plantas.

"HEIMA... a natureza que nos faz sentir em CASA"

Francesco Campoli

JULHO 2015


119

BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA

1. Pereira,Filipe Alexandre de Sousa e Oliveira, Manuel Ângelo Sarmento.

Curso Técnico de I'instalador de Energia Fotovoltaica. s.l. : Publindústria,2011.

2. Nogueira, Hilario Dias. Manual das Energias Renovaveis. 2009.

3. PVGIS. 2014. http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

4. https://pt.wikipedia.org/wiki/Automa%C3%A7%C3%A3o

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7. OPENENERGYMONITOR. http://openenergymonitor.org/emon/

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14. FREEDOMOTIC http://freedomotic.sednet.it/; http://freedomotic.com/

15. IPVC http://elearning.ipvc.pt/ipvc2014/

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18. http://www.moca.pt/

19. http://www.kyocerasolar.it/

20. http://www.ballard.com/

21. http://www.tiendafotovoltaica.es/

Technology

Heima Off Grid Casa Auto‐Suficiente Controlada