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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GARÇA “DEP. JÚLIO JULINHO MARCONDES DE MOURA”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
BRUNO INÁCIO KIMOTO
AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL
GARÇA 2014
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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GARÇA “DEP. JÚLIO JULINHO MARCONDES DE MOURA”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
BRUNO INÁCIO KIMOTO
AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL
Artigo apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – Fatec, como requisito para conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial.
Orientador: Prof. Dr. José Arnaldo Duarte
GARÇA 2014
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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GARÇA “DEP. JÚLIO JULINHO MARCONDES DE MOURA”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
BRUNO INÁCIO KIMOTO
AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL
Artigo apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – Fatec, como requisito para conclusão Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores:
Data da Aprovação:
GARÇA
2014
AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL
BRUNO INÁCIO KIMOTO¹ [email protected]
PROF. JOSÉ ARNALDO DUARTE²
Abstract: A practical and economical alternative to reduce electric energy consumption is to use solar energy as a heat source for heating water, replacing the traditional electric shower which is the most common way to hit water for bathing in Brazil. There are several types of solar water heaters available in the market. They are more modern and more efficient, but, besides being, more modern and more efficient, they still run with technical problem of temperature control. They are, controlledby the use of electrical resistance and temperature sensor. It trigs the water tank resistance when the temperature is below as programmed, requiring continuous intervention by the user, switching the on and the off system, to avoid unnecessary consumption of energy when there is no consumption. As a solution to this problem is will be developed in this paper a prototype of an intelligent temperature control system using a microcontroller, seeking greater energy savings and comfort for consumers. Keywords: Energy Consumption. Electric Energy. Solar Energy. Temperature Control. Energy Saving. Resumo - Uma alternativa prática e econômica para a redução do consumo de energia elétrica é utilizar a energia solar como fonte de calor para o aquecimento de água, substituindo o tradicional chuveiro elétrico, aparelho mais comum no Brasil para esta finalidade. Existem vários modelos de aquecedores solares disponíveis no mercado, cada vez mais modernos e mais eficientes, mas ainda esbarram em um problema técnico de controle de temperatura, controlando-a utilizando resistência elétrica e sensor de temperatura, acionando a resistência quando a temperatura estiver abaixo do programado, necessitando de intervenção contínua do usuário, ligando e desligando sistema, para evitar o consumo desnecessário de energia em horários em que não haja consumo. Como solução para este problema será desenvolvido neste trabalho um protótipo de um sistema inteligente de controle de temperatura utilizando um microcontrolador, visando maior economia de energia e conforto para o consumidor. Palavras-chave: Consumo de Energia. Energia Elétrica. Energia Solar. Controle de Temperatura. Economia.
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1 Aluno do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial. Faculdade de tecnologia de Garça. 2 Docente da Faculdade de Tecnologia “ Dep. Júlio Julinho Marcondes de Moura”
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1 INTRODUÇÃO
O tema escolhido para a realização do projeto de pesquisa científica, para o
artigo está relacionado ao curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, com uso
de recursos da mecatrônica, por meio da eletrônica e da informática. É um assunto
atual e sua relevância social e científica refletem os benefícios à comunidade, como
a economia de energia utilizada para o aquecimento de água e como referencial
para outros pesquisadores ou pessoas que tenham interesse em conhecer a
pesquisa.
O consumo desenfreado dos recursos naturais e de energia elétrica teve
início com o advento da Revolução Industrial, e evoluiu principalmente a partir de
1860, o que corresponde a sua segunda etapa, cujas principais inovações foram a
utilização do aço, dos combustíveis decorrentes do petróleo e da energia elétrica.
Embora o avanço tecnológico represente o desenvolvimento econômico e
social, a natureza começou a sentir os impactos causados pela apropriação
desordenada de seus recursos, o que tem provocado sérios problemas ambientais,
extensos aos seres humanos, como os desmatamentos, as queimadas, a poluição
da água e do ar, culminando com o esgotamento de alguns desses recursos
naturais.
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), 63,44% da
geração de energia elétrica do país são oriundos das usinas hidrelétricas, tendo
pouca contribuição de outras formas de geração de energia como térmica a gás,
petróleo e nuclear e menos ainda de fontes alternativas como a fotovoltaica que não
representa 1% da geração de energia elétrica nacional. Essa correlação de uma
fonte de geração de energia, que dependente de fatores climáticos, expôs o país a
situações como o apagão em 2001, que com a falta de investimentos públicos e a
ausência de chuvas afetou a geração de energia e a economia do país. Assim como,
em 2015 haverá um aumento na tarifação de energia para compensar gastos com a
geração no ano anterior, devido à escassez de chuva, reduzindo a vazão das
hidrelétricas, o que obrigou o aumento da busca pelas termelétricas, para preservar
o nível dos reservatórios até o fim da estiagem, que possui um custo de geração
superior comparada com as hidrelétricas.
Os altos custos de pesquisas para desenvolvimento de novas fontes de
energia agravam ainda mais esta situação, por esse motivo, segundo a ANEEL a
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legislação brasileira determina que as distribuidoras de eletricidade destinem 0,25%
de sua receita operacional líquida a programas e ações que se caracterizem pela
eficiência energética.
De acordo com a Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2012, p. 58), “As
projeções da demanda para este século, estabelecem quantidades sem precedentes
para evitar um colapso, tanto econômico como energético”. Essas projeções de
consumo indicam um aumento de 50% de 2012 a 2022, deixando evidente a
necessidade de gerar e aproveitar de forma eficaz a energia, e, devem ser
consideradas as chamadas fontes de energia limpa, que atualmente não são
utilizadas na escala que deveriam e nem aprimoradas para uma maior eficiência
energética.
Uma das fontes de energia limpa e renovável é a energia solar, através de
células fotovoltaicas, que absorvem a energia dos fótons da luz solar e a transfere
para os elétrons, dando-os movimento, que por sua vez, gera a corrente elétrica.
Esta forma de geração ainda é pouco usufruída devido ao alto custo de instalação,
fabricação e complexidade de instalação.
A energia solar também pode ser utilizada para o aquecimento de água em
residências e indústrias, mas devido ao seu armazenamento e a dependência de
fatores climáticos ainda causa certa insegurança do consumidor. A utilização desse
tipo de energia em sistemas de aquecimento carece de fonte auxiliar, pois há dias
que a radiação solar é insuficiente para o fornecimento de água quente,
evidenciando a necessidade da utilização dessa fonte, que podem ser a gás, energia
elétrica ou carvão.
Nas indústrias, em tempos de concorrência acirrada e necessidade de
diminuir custos, adotar a energia solar pode ser uma alternativa para a economia de
energia, principalmente no Brasil onde o custo da energia elétrica industrial
comparado a média das tarifas de China, Índia e Rússia é 134% maior (QUANTO
CUSTA ..., 2011), evidenciando a necessidade das indústrias brasileiras buscarem
alternativas para se tornarem competitivas no mercado externo.
Nas residências, o chuveiro elétrico é o dispositivo de aquecimento de água
mais utilizado no Brasil, e isso equivale a bilhões de kWh de energia elétrica gastos
por ano para esse fim. Com o aproveitamento da energia solar, através de coletores,
que tem aplicação residencial e comercial para aquecimento de água, podem-se
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obter resultados expressivos na redução de gastos com energia elétrica para essa
finalidade.
Fator essencial, principalmente a partir de 2015, ano em que será
empregada uma nova forma de tarifação de energia, o Sistema de Bandeiras
Tarifárias, onde as condições de geração de eletricidade e horário de utilização
implicarão alterações em seu valor ou para o consumidor que optou por outra forma
de tarifação, a Tarifa Branca, a qual entrou em vigor em Março de 2014, onde o
valor da energia varia em três faixas horárias, de ponta, intermediário e fora de
ponta. No período de ponta o valor do kWh aumenta, pois é o horário em que o
sistema de distribuição de energia encontra-se sobrecarregado, o período
intermediário é adotado uma hora antes do período de pico e uma hora após, e o
valor do kWh é menor que no período de ponta, mas ainda maior que no período
fora de ponta. O período denominado fora de ponta é quando o sistema se encontra
ocioso, portanto o valor do kWh cai consideravelmente em relação ao período de
ponta.
Este novo tipo de tarifação foi implantado para tentar deslocar o consumo de
energia acumulado no período de ponta, para outros horários, mas para algumas
pessoas não há como adaptar seu consumo a esses horários, ocasionando aumento
na conta de energia.
Neste trabalho será apresentada uma alternativa para esse perfil de
consumidor, utilizando a metodologia de pesquisa experimental, na qual segundo
(GIL, 1991, p. 53) é o tipo de pesquisa que consiste em determinar o objeto de
estudo, verificar as variáveis que possam afetá-lo e definir as formas de controle e
observação dos efeitos causados pelas variáveis no objeto, ou seja, a pesquisa
experimental proporciona o conhecimento empírico e aproxima o conhecimento da
realidade, por isso é considerado complexo, pois o risco de cometer erros ou
generalizar conclusões é alto.
A energia solar será aproveitada para o aquecimento da água e associada a
um controle eletrônico de temperatura, possibilitando a economia de energia e
melhora na qualidade de vida das pessoas.
Com o auxílio de um software de controle que monitorará a temperatura da
água no reservatório e o horário atual, que serão programadas de acordo com o
perfil do usuário, ele acionará ou não a resistência elétrica, fonte de energia auxiliar
para o sistema de aquecimento solar, em virtude dessas duas variáveis. Evitando
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assim, a utilização da energia elétrica no horário de pico, das 18h ás 21h, onde o
valor do kWh será elevado. Além disso, no inverno, será possível utilizar água em
temperaturas elevadas proporcionando conforto e bem-estar.
2 DESENVOLVIMENTO
Para o desenvolvimento do protótipo foi necessário um aprofundamento
teórico em aquecedor solar e microcontroladores, principal componente e
responsável pelo controle e redução do consumo de energia auxiliar necessária nos
aquecedores solares propostos neste trabalho.
2.1 Aquecedor Solar
Segundo Soletrol os aquecedores solares como conhecemos foram
desenvolvidos ainda no século XIX, e como todas as novas tecnologias, não eram
acessíveis a todos devido ao alto custo e baixa eficiência se comparados aos
modelos atuais. No Brasil eles surgiram na década de 70, como uma alternativa para
a crise do petróleo, quando descobriram que o recurso natural não é renovável,
ocasionando aumentos exorbitantes nos preços, afetando potências econômicas
como os Estados Unidos e Europa, desestabilizando a economia global. Na década
de 90 ocorreu uma expansão, aumentando as exigências dos consumidores e o
interesse de empresários em fazer parte de um mercado em constante ascendência.
Este aumento da demanda por aquecedores solares estão diretamente
ligados a consciência da população por fontes alternativas de energia e pesquisas
realizadas no Brasil todo que compravam a sua viabilidade. Segundo dados do Atlas
Solarimétrico do Brasil (2000, p.89) a média anual de insolação no estado de São
Paulo é em geral 6 horas diárias, o que proporciona um tempo hábil de exposição do
coletor à luz solar, onde a energia será transmitida para o fluído, no caso a água.
A figura 1 ilustra o funcionamento de um aquecedor solar convencional,
onde a água fria entra no reservatório pela parte inferior, de onde sai para o coletor,
é aquecida e volta para a parte superior do reservatório, devido a diferença de
densidade causado pelo aumento da temperatura a água quente tende a ficar na
parte superior, de onde sai para o consumo.
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Figura 1 - Aquecedor Solar
Fonte: Infra Estrutura Urbana, 2010
Atualmente existem vários modelos de diferentes fabricantes, dimensões,
valor e eficiência no mercado, mas basicamente todos operam de forma semelhante,
com a diferença de que alguns modelos mais modernos possuem um sistema
auxiliar de controle de temperatura da água no reservatório, o termostato, composto
por um sensor de temperatura que caso ela esteja fora da preestabelecida, é
acionada um resistor elétrico para o aquecimento da água no reservatório, pensado
principalmente para dias em que fatores climáticos afetam a intensidade da radiação
solar, já outros modelos mais simples operam apenas com a irradiação da luz solar
em seus coletores.
Estes sistemas de controle acabam, em muitas vezes, transformando uma
solução para dias adversos em problemas, pois seu funcionamento utiliza como
único parâmetro a temperatura da água no reservatório, controlando-a para que
esteja sempre na temperatura ideal para o uso, ocasionando despesas
desnecessárias com energia caso o usuário não desabilite o sistema de controle em
horários ociosos.
2.1.1 Estudo de Consumo de Energia
VIEIRA (2001) fez um estudo utilizando o software TRNSYS para simular
sistemas de aquecimento utilizando energia solar para uma residência de cinco
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pessoas e três perfis de consumo, um distribuído ao longo do dia, outro com
consumo concentrado no final da tarde e noite, e por fim um com consumo
concentrado às 18h, e verificou que de acordo com o perfil do usuário as
configurações de sistemas são distintas para o mesmo consumo de energia auxiliar.
Para a maior eficácia do sistema de aquecimento ele propôs, por exemplo,
ao perfil de consumo ao longo do dia, o redimensionamento do mesmo, mudando o
ajuste do termostato de 60ºC para 43ºC e a relação volume do reservatório/área do
coletor/ volume de consumo de 50 litros/1m²/50 litros para 200 litros/1m²/50 litros e
para o uso racional e inteligente desta energia ele sugeriu a instalação de um
Controlador Lógico Programável (CLP) para realizar a leitura da radiação solar e
controlar o horário de acionamento do resistor auxiliar de aquecimento, desativando
o resistor das 21h às 9h, e conseguiu uma considerável economia de energia
elétrica utilizada para este fim durante o ano.
Fazendo uma análise comparativa de dois casos com o mesmo número de
coletores e consumo idêntico, o primeiro caso utilizando um reservatório de 375
litros e termostato ajustado em 60ºC e no segundo caso um reservatório de 1000
litros e o termostato ajustado em 43ºC com a utilização do CLP controlando o horário
de acionamento, ele obteve, mesmo com essa grande diferença na capacidade do
reservatório, uma considerável economia no consumo da fonte de energia auxiliar
por ano, apenas com o ajuste da temperatura do termostato e o controle feito por um
CLP. Ficando evidente a necessidade de um controle sobre a fonte de energia
auxiliar em sistemas de aquecimento solar.
A sugestão de VIEIRA foi a utilização de um CLP, considerado um
computador de pequeno porte, é um controlador com memória programável,
resistente e robusto, projetado para controlar processos em ambientes hostis como
poeira e ruídos, portanto um dispositivo indicado para ambientes industriais. Estas
características agregam valor, tornando-o um dispositivo com custo relativamente
elevado, por isso é necessária uma análise do projeto para comprovar a sua
necessidade e viabilidade.
Para o controle proposto neste trabalho o uso do CLP, se tornaria inviável
para o uso doméstico, pois além de encarecer o produto e torná-lo viável apenas
para o uso industrial ou comercial, haveria um superdimensionamento do projeto,
pois seria utilizada apenas uma pequena parte dos recursos disponíveis, como
entradas e saídas analógica-digital.
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2.2 Histórico dos Microcontroladores
Nesse contexto encontra-se a utilização do microcontrolador, componente
que segundo AYCOCK surgiu na década de 70, criado por dois engenheiros da
Texas Instruments, o TMS 1000, era um microcontrolador de 4 bits com memórias
ROM e RAM incorporadas e utilizado internamente pela empresa em calculadoras,
mas só em 1974 após algumas melhorias ele foi colocado à venda para indústrias
do mercado eletrônico. A Intel, por sua vez, lançou o microcontrolador mais popular
de 8 bits e sinônimo de projeto eletrônico mais duradouro de todos os tempos em
1980, o 8051 da família MCS-51 produzido até hoje.
Atualmente muitas empresas fabricam microcontroladores baseados nele,
adicionando alguns outros periféricos como comparadores, conversores analógico-
digital, entre outros. Segundo NICOLOSI (2006, p. 70, 71) fabricantes como a
Siemens, Fujitsu, AMD (Advanced Microcontroller Device) e Oki também possuem a
autorização para fabricá-lo, com o avanço da tecnologia existem versões de
microcontroladores dessa mesma família que utilizam a tecnologia CMOS, que
proporciona o aumento da velocidade e a redução de seu consumo de energia, e
uma família que contém microcontroladores com a mesma arquitetura do 8051, mas
com palavras de 16 bits e um clock mais poderoso de 30 MHz, denominada 8051
“XA” aumentando consideravelmente sua capacidade de trabalho.
Há alguns anos o microcontrolador era utilizado apenas em alguns produtos
específicos devido ao alto custo, mas com o avanço da tecnologia e o aumento da
oferta este cenário mudou e com isso tem ganhado papel de destaque,
principalmente por proporcionar soluções para problemas simples e complexos com
baixo custo e consumo de energia, chegando a faixa dos nanowatts quando estão
no modo espera, característica muito importante e vantajosa em um mercado
competitivo e exigente.
2.2.1 Microcontroladers x Microprocessadores
O microcontrolador é na verdade um computador em menor escala de
tamanho e processamento
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Freqüentemente são comparados aos microprocessadores, mas as
principais diferenças são que nos microprocessadores há a necessidade de
componentes externos para o seu funcionamento, como memórias, componentes
para receber e enviar dados e o clock, responsável pelo sincronismo das atividades
e representam o número de ciclos dentro de uma determinada medida de tempo,
que atualmente estão na faixa dos Gigahertz (GHz) nos microprocessadores,
enquanto nos microcontroladores ficam apenas na faixa de alguns Megahertz (MHz).
Portanto enquanto um microprocessador de 4 MHz trabalha com quatro milhões de
ciclos por segundo, um microprocessador comum nos computadores pessoais de
2.4 GHz, por exemplo, é seiscentas vezes mais potente. A figura 2 ilustra
perfeitamente os dois componentes.
Figura 2 - Microcontrolador e Microprocessador
Fonte: NICOLOSI, 2006, p. 65.
A vantagem dimensional e a desvantagem de processamento fazem do
microcontrolador o componente perfeito para o controle de sistemas embarcados, ou
seja, no qual o controle é dedicado, realizando um conjunto de tarefas predefinidas.
2.2.2 Microcontroladores
Atualmente é utilizado em praticamente tudo o que se encontra, como nos
eletrodomésticos, telefones e aparelhos celulares, aparelhos eletrônicos que
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possuam interface com o usuário, nos carros, controlando o sistema de freios ABS,
controle de tração, entre outros. Proporcionando maior eficiência do aparelho e
segurança, provando ser um componente versátil e proveitoso para inúmeras
aplicações de diferentes ramos.
Para o seu funcionamento e controle, é necessário criar e gravar em sua
memória a lógica de operação na forma de um programa. Segundo CETINKUNT
(2008, p. 115) o microcontrolador pode ser programado utilizando a linguagem C,
assembly ou mesmo a mistura das duas linguagens no mesmo arquivo, de acordo
com o compilador escolhido. A linguagem de programação mais utilizada é a C, pois
grande parte dos microcontroladores do mercado possuem compiladores que
suportam essa linguagem, que segundo PEREIRA (2008, p. 18) além da grande
velocidade na criação de novos projetos ela permite a migração de programas de
um sistema para outro com apenas algumas adaptações e atualmente é a
linguagem de programação mais eficiente disponível, característica muito importante
se tratando de microcontroladores, que possuem recursos limitados. Suas principais
vantagens são a flexibilidade e portabilidade, possibilitando a execução em outras
plataformas com, apenas, algumas modificações.
Para SOUZA (2000, p. 4) “Quanto à “inteligência” do componente, podemos
associá-la à Unidade Lógica Aritmética (ULA), pois é nessa unidade que todas as
operações matemáticas e lógicas são executadas” ficando evidente a importância da
ULA. Já para NERYS (p. 24) a quantidade de registradores é essencial para a
execução das tarefas, por possibilitarem a movimentação de dados muito mais
rápida que das memórias, pois evita vários modos de endereçamento. Uma
vantagem da arquitetura RISC é que nela há um grande numero de registradores,
proporcionando o processamento mais ágil, característica que segundo dados da
MICROCHIP o PIC16F877A, escolhido neste trabalho, possui um conjunto de 35
instruções RISC, assegurando a agilidade no processamento de dados para o
controle do processo.
Após tais características fica evidente que eles são ideais para aplicações
onde há exigência de baixo consumo de energia e custo, como é o caso da proposta
do projeto desenvolvido neste trabalho.
2.3 METODOLOGIA DO PROTÓTIPO
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Como prática, o desenvolvimento de um protótipo com a utilização de um
aquecedor solar em tamanho reduzido, como mostra a figura 3, composto por
coletor de tubos de cobre e o reservatório, denominado boiler, onde a água é
armazenada e isolada termicamente do meio externo. O boiler é essencial para o
sistema, pois garante que a água previamente aquecida possa ser mantida em
condições para o uso noturno, ou mesmo em caso de chuva. Segundo (SIQUEIRA,
2009) o boiler possui duas camadas em alumínio, cobre ou inox e entre elas um
material que tenha como característica baixa taxa de condutividade térmica, como a
lã de vidro ou espuma de poliuretano, atenuando as perdas térmicas para o
ambiente. Estas características fazem deste o componente de maior custo do
sistema de aquecimento.
Figura 3 - Aquecedor Solar
Fonte: Próprio Autor
Além do dispositivo desenvolvido no trabalho que controla a temperatura da
água no reservatório com o acionamento de uma fonte de energia auxiliar, para
efeito de testes, foi utilizado um resistor de chuveiro convencional, devido ao
tamanho do reservatório disponível seria inviável a utilização de um resistor de
aquecedor solar ou outro de diferente finalidade e maior.
Este dispositivo, figura 4, necessita de uma fonte de energia de 5V para o
seu funcionamento, portanto são necessárias duas tensões diferente, uma de 5V
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para o funcionamento do dispositivo e outra de 220V ligada ao relê, para o
aquecimento da água. Apesar da necessidade desta fonte para o funcionamento do
dispositivo, ela não acarreta grande aumento no consumo de energia.
Figura 4 - Dispositivo de controle
Fonte: Próprio Autor
2.3.1 Relógio
No desenvolvimento do protótipo, primeiramente foi realizado um estudo da
forma como o microcontrolador marcaria o horário real, e para isso foi utilizado um
Real Time Clock (RTC), um relógio de computador em forma de circuito integrado,
que mantém o tempo configurado e com o auxílio de uma bateria de 3.6V é capaz
de manter o horário em sua memória mesmo com a falta energia elétrica na rede,
que segundo seu fabricante, pode chegar a um ano quando com carga completa.
2.3.2 Sensor de Temperatura
Para a aferição da temperatura foi utilizado um RTD (Resistance
Temperature Detector), termoresistência, ou também denominado termômetro de
resistência, um sensor de temperatura que funciona baseado no princípio da
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variação da resistência elétrica de um metal, em função da temperatura, sendo
fabricado de platina, níquel ou cobre.
O sensor selecionado para este fim neste trabalho foi o PT-100, cujo
material de fabricação é a platina, que possui como características ser um metal de
transição de alto potencial redutivo, ou seja, é muito difícil de oxidar, sendo ideal
para a aplicação destinada, um bom condutor de eletricidade, assim como outros
metais nobres, e um condutor intermediário de calor.
Devido à retibilidade, alta precisão de leitura, estabilidade e resistência a
ruídos, a termoresistência é amplamente aplicado em laboratórios e indústrias.
A termoresistência PT-100 utilizada neste projeto, escolhida devido à alta
linearidade de resistência por temperatura, sensibilidade resistiva e variação de
resistência, todavia possuem custo elevado quando comparado aos termopares,
mas possuem tempo de reação superior e menor resistência mecânica.
Para a aferição da temperatura foram feitos testes com um multímetro na
função ohmímetro, ligado à termoresistência PT-100, para medir a variação da
resistência com a temperatura, e como referência foi utilizado um termômetro de
mercúrio com escala em graus Celsius (ºC). Foram feitos testes em água em
diversas temperaturas, para aumentar sua precisão.
2.3.3 Criação do Software
Através do compilador PCWHD da empresa Custom Computer Services
(CCS) foi desenvolvido um software, configurando o pino RA0 da porta A como
entrada do sensor de temperatura por possuir o conversor análogo-digital e na saída
foi escolhido o pino B4 do microcontrolador, responsável pelo sinal que é amplificado
por um transistor, BC 548, para acionar um relê, que energizará a bobina de um
contator, possibilitando a passagem da energia vinda da rede de 220v.
A comunicação utilizada entre ele e o RTC modelo DS1307 utilizado neste
projeto foi a serial I2C, pelos pinos RC3 e RC4, especificada no data sheet do
componente. Além da elaboração do circuito eletrônico com display LCD 16x2,
através da porta D do microcontrolador e botões de interface com o usuário do tipo
pushbutton, para alterar o horário e a data.
Para constatar o seu funcionamento, foi utilizado o software ISIS, que
acompanha o pacote Proteus da empresa Labcenter Eletronics, pois ele permite que
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seja feito a simulação do projeto eletrônico anexo ao software desenvolvido para o
microcontrolador, responsável pelo controle da temperatura no reservatório e uso
racional da energia elétrica, facilitando o trabalho do desenvolvedor, proporcionando
agilidade no desenvolvimento e testes. Para efeitos de testes, na saída que aciona o
relê, foi usado um led indicando o seu acionamento como mostra a figura 5.
Figura 5 – Simulação do Circuito
Fonte: Próprio Autor
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O desenvolvimento do protótipo, englobando a parte física e de
programação, foi essencial para a conclusão do projeto, pois após a execução de
testes foi possível obter resultados plausíveis para uma conclusão mais coerente
aos fatos.
O aquecedor solar de pequeno porte utilizado no projeto serviu para atestar,
juntamente com o dispositivo de controle desenvolvido, a sua viabilidade e constatar
o correto funcionamento do software, acionando e desacionando a resistência
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auxiliar nos horários e temperaturas programadas, proporcionando a economia de
energia almejada e bem-estar aos seus usuários.
O reservatório termicamente isolado se mostrou bastante eficiente e com
isso abriu a possibilidade de utilizar a energia auxiliar apenas no período fora de
ponta, evitando o período intermediário e, principalmente, o período de ponta em
dias de clima favorável.
Portanto o dispositivo desenvolvido pode ser implementado em qualquer
aquecedor solar que possua uma fonte auxiliar de energia, a resistência elétrica ou a
gás, necessitando apenas de algumas alterações com relação ao tamanho do boiler
e potência desta fonte auxiliar.
Este trabalho pode ser aprimorado em futuras pesquisas, aproveitando a
tendência de tudo estar conectado e se comunicando, a chamada internet das
coisas. Contudo fica como sugestão a implantação de um sistema que utiliza a
internet das coisas para verificar a localização do usuário e caso ele esteja a
caminho de casa, o sistema verifica a temperatura da água no reservatório e, se
necessário, aciona a fonte de energia auxiliar para que a água fique própria para o
uso quando o usuário retornar à sua residência, proporcionando conforto e melhoria
de vida.
REFERÊNCIAS
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