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  • 1. II TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA INTERFACE DE CONSUMO DE ENERGIA CURSO: Engenharia Elétrica PROFESSOR TIDIR: Alexandre W. C. Faria André Luiz Araújo, André Oliveira, Clayton Lara, Fabrício Girundi, Geraldo, Luis Sergio, Kamila Moura.Resumo – Este artigo apresenta um sistema composto por software e hardwareque permite monitorar em tempo real o consumo de energia em cada circuito dasresidências. Comparando os dados com valores pré-estabelecidos, o residente podefacilmente identificar possíveis excessos ou falhas em suas instalações através deavisos e alertas automáticos, bem como consultar um histórico de consumo parcial etotal de energia, desenvolvendo um consumo consciente, racional e sustentável.Palavras-chave: Consumo, Energia, Sustentável, Residência, Software, Hardware.1. IntroduçãoUm dos grandes problemas da atualidade é a crescente demanda de energia emdecorrência do desenvolvimento tecnológico que, aliado ao desperdício e falhas nasinstalações, resulta no consumo e custo muito maior que a demanda real, nacontramão da tão falada “atitude ambiental” [1].Os grandes consumidores (indústria principalmente) já buscam otimizar seusprocessos nesse sentido, porém os pequenos consumidores em seus lares não temas ferramentas adequadas para gerenciar seus gastos, gerando desperdício econsumo além do necessário [1].Uma ferramenta inteligente de controle de energia que organize e gerencie oconsumo na residência propondo otimizar a utilização da energia, é um sistema queenvolve a coleta de informações dos circuitos, analise, trate esses dados (tensão, 1
  • 2. corrente, potencia) e seja capaz de informar ao usuário o consumo de energia emtempo real, permitindo o gerenciamento de sua rede e controle de gasto [1] e [4].2. Revisão BibliográficaA empresa Google associado à Energy Inc. criou recentemente um software degestão de energia conhecido como Power Meter. Através dele o consumo deenergia elétrica residencial pode ser informado quase que em tempo real.Para que ele capte essas informações, é necessário equipar as residências commedidores digitais, designados por “medidores inteligentes“, que permitam a coletae análise de dados de consumo, conforme a figura 1. Figura 1 – Power Meter (software).Em busca de inovação e melhorias em suas tecnologias, a Google aindadesenvolveu o monitor de eletricidade TED 5000, conforme modelo da figura 2, quetem a capacidade de acesso ao software Power Meter, e fornece em tempo real osdados de consumo (potência e reais) e a eficiência das instalações da residência. Figura 2 – TED 5000. 2
  • 3. Com essas informações, o usuário pode reduzir o consumo de energia em até 15%.E para cada 6 residências que economizem 10% no consumo de energia, a reduçãonas emissões de carbono é similar à retirada de um carro das ruas.3. Materiais e MétodosO sistema é composto por duas partes: um hardware formado por multímetrosdigitais para realizar a leitura de tensão e corrente dos circuitos e um software decomputador para coletar e comparar os dados, gerando um histórico comparativodas grandezas elétricas, tempo e custo, além de avisos e alertas [1] e [2].3.1. HardwareÉ composto por três Multímetros Digitais com interface USB e Transformadores deCorrente (TC’s). Para leitura contínua da tensão utilizou-se um multímetro na funçãoVAC, comum a todos os circuitos e para leitura da corrente individual a cada circuitoforam utilizados mais dois multímetros em escala de corrente alternada. Osmultímetros têm capacidade de leitura direta de corrente até 10 ampères durante umcurto intervalo de tempo, portando para permitir a leitura contínua e de correntesmais altas como as dos chuveiros, utilizou-se TC’s na razão de 75x5, permitindo aleitura de correntes mais elevadas e sem a necessidade de interrupção dos circuitospara ligação em série [1] e [2].3. 2. SoftwarePara o desenvolvimento do código do programa ICE (Interface de Controle deEnergia), foi utilizado o software C++ Builder. O Builder é um ambiente dedesenvolvimento rápido de aplicações, onde o programador desenha a interface dousuário e programa as ações de acordo com as necessidades do usuário [3].O programa recebeu duas divisões. A primeira parte do algoritmo foi responsávelpela leitura da tensão e correntes dos circuitos coletadas pelos multímetros eenviadas ao computador pela interface USB (Universal Serial Bus). [2] e [3]. 3
  • 4. Figura 3 – Interface do sistema.O algoritmo de leitura dos multímetros foi escrito e preparado para ler a umavelocidade de 333 m/s, aproximadamente a 3 leituras por segundo. Apesar doscabos de comunicação dos multímetros serem USB, o sistema operacional cria umaum porta virtual “COM” como quando usado o cabo RS232 [3].A segunda parte do programa foi responsável por receber os valores lidos e fazer osprocessamentos necessários fazendo com que o programa contabilizasse a energiaconsumida. Os dados coletados pelos multímetros entram no programa comocaracteres e por isso é necessário que o programa faça uma conversão decaracteres para números inteiros, permitindo executar cálculos [3].As medições de tensão e corrente nos circuitos são atualizadas três vezes porsegundo. O software faz os cálculos da potência, de acordo a Lei de Ohms,conforme Euação (1) [2]: P = V x I. (1)V e I são respectivamente a tensão e corrente coletadas no circuito, que apóscoletadas pelo programa executa o calculo da potência P em Watts (W). Para obtera potência em kW, basta dividir o valor da potência por 1000, conforme Equação (2)[2]. P (2) 1000Com a potência em kW já calculada o programa efetuou um novo cálculo. Desta veza potência calculada foi multiplicada pelo tempo de leitura do circuito (5s), e dividido 4
  • 5. por uma hora em segundos, ou seja, 3600 segundos. Assim são expressos quantoskW/h os circuitos gastarão a cada 5 segundos, conforme equação (3) [2]. kW x 5s (3) 3600A partir daí, o programa calculou o consumo de energia em reais, com os dados kW(potência consumida), a constante 1,39x10-3 horas (é o tempo 5 segundos emhoras). Previamente calculado a constante 8,49x10-4 é o valor em reais do kW/h,conforme equação (4) [2]. Esta informação vem impressa na conta da companhia deenergia, no caso de Minas Gerais (CEMIG) Essas constantes podem variar deacordo com a concessionária. R$ = kW x 8,49x10-4 (4)Conforme figura 4, para a demonstração do funcionamento do programa, foidesenvolvido o protótipo de uma casa construída com placas de acrílico e compostapor 03 ambientes (sala, cozinha banheiro). Figura 4 - Foto da casa construída para a demonstração do programa desenvolvido.Além dos cálculos de potência gasta e custo, foi implementado ao programaalgumas condições de alertas e alarmes. E para verificar a funcionalidade dessesimplementos, houve a necessidade de estipular quanto de carga seria ligado emcada circuito da casa. Nesses ambientes foram distribuídas as cargas, ou seja,iluminação com lâmpadas dicróicas em todos os ambientes, um chuveiro no 5
  • 6. banheiro, na sala tem a carga de uma TV, representando o circuito de tomadas.Logo, Circuito 1 para Tomada e Iluminação e Circuito 2 para Chuveiro. Foramestipulados os seguintes valores de potência máxima para cada circuito.  Circuito 1 - Chuveiro com sua resistência representada por um ebulidor de café de 900W mais uma bomba de água de 25W para circular a água pelo chuveiro. A potência máxima desse circuito é de 925W.  Circuito 2 - Lâmpadas e tomadas representadas por três lâmpadas dicróicas de 50W cada. Uma em cada ambiente e uma resistência de ferro de solda de 60W representando um forno elétrico. A potência máxima desse circuito é de 210W.Abaixo foram descritas as condições em que o programa apresentou algum alerta oualarme em cada circuito. Circuito 1 - Quando a potência instantânea desse circuito ultrapassou 925W o programa gerou a mensagem na tela: “ALERTA” SOBRECARGA NO SISTEMA, VERIFIQUE AS CONEXÕES DO CHUVEIRO E DISJUNTOR. Quando tempo diário do circuito ultrapassar 300 segundos o programa gerou a mensagem na tela: “AVISO” ECONOMIZE ENERGIA!!! SEU BANHO ESTÁ DEMORANDO MUITO. SEU CONSUMO ESTÁ ALTO. Circuito 2 - Quando a potência instantânea desse circuito ultrapassou 210W o programa gerou a mensagem na tela: “ALERTA” SOBRECARGA NO SISTEMA. VERIFIQUE INSTALAÇÕES. Quando tempo diário do circuito ultrapassou 150 segundos com mais de 110W de potência instantânea o programa gerou a mensagem na tela: “AVISO” ECONOMIZE LUZ E USO DE APARELHOS DOMESTICOS !!! 6
  • 7. Tabela 1 – Materiais do protótipo Item Material 01 Bomba de aquário e reservatório 02 Cabos Flexíveis 03 Interruptores 04 Lâmpadas dicróicas 50W 05 Multímetro ET-2076 interface USB 06 Placas de Acrílico 07 Resistores de fio 08 Transformador de corrente (TC) 09 Tubulação de Ø3/8”4. Resultados ExperimentaisNos testes realizados, foi coletada de um circuito uma carga de 900 W a uma tensãode 127 V, obteve-se uma corrente de 7,1A [2].Como o multímetro não suporta uma corrente maior do que 10A foi necessária autilização de TC (Transformador de Corrente) na leitura de corrente [2].O transformador de corrente ou TC é um dispositivo que reproduz no seu circuitosecundário, a corrente que circula em um enrolamento primário com sua posiçãovetorial substancialmente mantida, em uma proporção definida, conhecida eadequada fornecendo correntes suficientemente reduzidas e isoladas do circuitoprimário de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de medição. A relaçãode transformação nominal foi de 4, ou seja, se tratando de escala 75:5. Para umacorrente de 7,1A no primário, obteve-se no secundário a corrente de 1,89A,multiplicando a relação nominal pela corrente primária, e dividido fator de escala, (4x 7,1) / (5/75) [2]. 7
  • 8. Porém, quando o programa recebeu essa leitura em escala, os dados foramrevertidos para o valor real da seguinte maneira, leitura real = (75*1,89) / (5*4) =7,08A [2].5. ConclusãoO sistema de interface de consumo de energia apresentou estabilidade econfiabilidade das leituras e tratamento dos dados, provando ser uma excelenteferramenta e com ótima relação Custo x Benefício ao permitir o gerenciamento doconsumo energético residencial através dos dados obtidos e dos alertas.Como proposta para aprimoramento desse projeto, a implementação de novasfuncionalidades no sistema como avisos sonoros, temperatura ambiente e da água,dentre outras podem trazer maior comodidade aos usuários e melhorar o contatocom a política do consumo racional, sustentável e eficiente de energia elétrica.6. Referência[1] Tulcidás, G., Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em EngenhariaEletrônica – Portugal, Instituto Superior Técnico Universidade Técnica de Lisboa,2010.[2] Young, H. D.; Freedman, A. Roger, “Física”, vol. 3, ed. 12ª, São Paulo: EditoraPearson Addison Wesley, 2009.[3] Holzner, S., Borland C++ Programação para Windows, Brasil: Editora MakronBooks, 1995.[4] Presse, F. "Google testa software que mede consumo de energia nos lares".Folha de São Paulo. Editora Publifolha, Edição de 11/02/2009. 8

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