Mostra Nacional de Robótica (MNR) 1

LUZ EFICIENTE – ARQUITETURA E AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL

Ana Carina Faleta de Aquino Silva, Caroline da Costa Pereira, Guilherme de Souza Carneiro Meireles,

Josedacson Barbosa de Lacerda, Kevin Ruan dos Reis Oliveira, Rafaela Batista Santos - 2º ano do

Ensino médio técnico integrado,

Paulo Vicente Moreira dos Santos (Tutor), Rúi Carlos de Souza Mota (Orientador)

INSTITUTO FEDERAL DA BAHIA / PAULO VICENTE MOREIRA DOS SANTOS / RÚI CARLOS DE SOUZA MOTA

Endereço

43.700-000 – Simões Filho – BA

INSTITUTO FEDERAL DA BAHIA

43.700-000 – Simões Filho – BA

O projeto “Luz Eficiente”, desenvolvido por alunos no segundo

ano do Ensino Médio Técnico, propõe associar a automação

residencial com a redução do consumo de energia e a eficiência

energética. O trabalho visa uma automação de custo benefício

relativamente baixo, aliada a dicas acerca da sustentabilidade,

com o intuito de auxiliar ao usuário para a redução do consumo

de energia e consequentemente, do valor da conta mensal. O

aplicativo foi programado através da plataforma MIT App

Inventor 2, mas está sendo projetado também no Intel XDK. E,

para promover a consciência sobre a redução do consumo de

energia, foi instalado em uma maquete de casa eficiente,

construída através de técnicas de iluminação, ventilação natural

com o propósito de reduzir o consumo de energia durante o dia,

trazendo comodidade ao usuário.

Palavras Chaves: Automação Residencial, Eficiência

Energética, Consciência.

Abstract: The project “Luz Eficiente” (efficient light),

developed by high school students , is intended mix the home

automation with reduction of energy consumption and

efficiency. With this prototype, different than other common

automation systems, you can accounting your consumption in

real time using your smartphone android after use some

electronic device of your home. The application was

programmed using the platform MIT App inventor, but it is

being rebuilt in Intel XDK. And, for promote the awareness

about the energy consumption, was installed in a house model

made for set by it in daytime, using techniques of lighting and

ventilation, providing comfort to the user.

Keywords: Home Automation, Energy Efficiency, Awareness.

1 INTRODUÇÃO O sistema “Luz Eficiente” que possui como base,

automação residencial, visa o monitoramento da iluminação

elétrica de uma residência, sem restrições de lugares

específicos. No trabalho, a preocupação foi desenvolver um

sistema de baixo custo e de fácil uso, para que proporcione

mais conforto e tranquilidade aos seus usuários. Desta forma, o

indivíduo poderá controla o sistema de iluminação e outros

equipamentos, através de um smartphone com o sistema

operacional Android, que se comunica através de uma rede de

internet (Wireless), controlada por uma placa de prototipagem,

o Arduino. Além disso, a proposta deve ser ampliada em uma

maquete de uma casa eficiente, seguindo conceitos de

arquitetura sustentável, com a finalidade de proporcionar

conforto aos moradores, economizando energia. “O Homem

busca cada vez mais a sofisticação, comodidade e segurança,

auxiliada pelos computadores e sistemas inteligentes;” [TEZA,

2002].

Sendo assim, a finalidade do protótipo é demonstrar o quanto a

arquitetura e o planejamento podem influenciar no gasto de

energia e o que podemos fazer para evitar o consumo

descontrolado, além de trazer segurança e conforto aos

usuários nos seus afazeres domésticos. Este artigo fora

elaborado com 5 seções, estruturadas desta forma: a seção 2,

apresenta conceitos básicos para a melhor compreensão dos

materiais e termos citados ao longo do texto. A seção 3, trata

detalhadamente, do trabalho em si. Na seção 4, foram

descritos os materiais e métodos que foram necessários para a

montagem. A seção 5, aborda os resultados que foram obtidos

ao fim da construção e relata as discussões que norteiaram os

processos de produção. Por fim, a seção 6 traz uma breve

conclusão sobre o trabalho desenvolvido.

2 CONCEITOS BÁSICOS

Durante esta seção, serão apresentados alguns dos conceitos

básicos, para o melhor entendimento dos elementos que foram

utilizados, a partir da definição dos mesmos.

2.1 Arduino UNO e Shield Ethernet

O primeiro é uma placa de prototipagem simples. Esta placa é

um microcontrolador, uma espécie de pequeno computador que

programa o processamento de entradas e saídas entre o

dispositivo e os componentes que nele forem conectados.

Logo, sua aplicação no mundo eletrônico é altamente vasta,

sendo possível o controle de diversos dispositivos, por

exemplo: LEDS, sensores, displays LCD, transistores, entre

outros. Neste trabalho, é preciso realizar uma comunicação via

web, todavia o Arduino não possui essa funcionalidade. Logo,

necessita-se do Shield Ethernet, que permite conectar o

Arduino a uma rede local ou à Internet, através de um cabo de

rede, para responder a comandos remotos e demonstrar o status

Mostra Nacional de Robótica (MNR)

da placa ou de dispositivos conectados a ela, portanto é um

equipamento extremamente útil para a elaboração de projetos

que precisem do acesso remoto.

2.2 MIT App Inventor 2

O MIT App Inventor 2, criado pelo Instituto Massachusetts de

Tecnologia, dispõe da linguagem “Blocks Edition” que permite

ao usuário criar diversos aplicativos Android, com apenas a

lógica de programação. Neste ambiente, é possível comunicar

os aplicativos via Web, Bluetooth e utilizar sensores do

smartphone.

3 O TRABALHO PROPOSTO

O trabalho consiste em monitorar o sistema de iluminação

equipamentos de uma residência atravéz de um aplicativo

desenvolvido para a plataforma Android. O Shield recebe as

informações no código com as saídas digitais e analógicas,

sendo assim, o mesmo transmite para a página da web descrita

na programação, que pode ser aberta através da digitação do IP

configurado no navegador, expondo o status de cada lâmpada e

equipamento eletrônico conectado a placa. Com o sistema

proposto é possível controlar, de forma prática, o

monitoramento da iluminação, acionar alarmes, assim como

também ligar e desligar quaisquer equipamentos eletrônicos

dentro de uma residência. Todos esses comandos serão feitos

através do aplicativo (“Luz Eficiente”) do usuário que estará

conectado, via Wireless, ao servidor de acionamentos que

estará situado em um ponto da casa.

O referido aplicativo foi criado através da plataforma: Mit App

Inventor 2 (podendo ser ampliado para HTML5, o Intel XDK) e

possui a propriedade de acessar uma página web, com a

finalidade de expor apenas os resultados selecionados. O

sistema inicia com a escolha de um comando feito pelo usuário

através do aplicativo e que por sua vez envia informações

através de uma conexão Wi-fi, para um software (Shield

Ethernet) localizado no Arduino. Este dispositivo envia os

dados por suas saídas analógicas e digitais para realizar os

acionamentos solicitados. Com os dados recebidos, o Arduino

abre uma conexão com o servidor, armazenando os dados dos

sensores, a partir daí, o aplicativo visualiza esses dados, através

do componente web e transmite o status para o usuário. O

software desenvolvido pela equipe, é programado para uma

casa de 5 (cinco) cômodos, porém existe a possibilidade de

adicionar mais cômodos, segundo o modelo de casa e estilo de

vida de cada família. Para aplicar esta situação, uma maquete

baseada em uma residência que segue os padrões de eficiência

energética, será montada. Com janelas pensadas para

iluminação e ventilação e rampa para cadeirante, é possível

realizar a montagem de uma casa eficiente. A escolha das

janelas foi feita, em posição ao sol nascente, direção

proveniente do vento, facilitando a ventilação natural, sendo

assim, não se faz necessário o uso de ventilador/ar-

condicionado. A energia elétrica usada em edifícios é

responsável por boa parte do consumo de energia no Brasil

(45%), por isso é necessário pensar em projetos arquitetônicos

para casas e prédios em que exista iluminação natural durante o

dia. Um projeto arquitetônico onde o uso de luz natural é bem

realizado pode causar um acréscimo de 1% no custo total da

obra, porém esse valor pode ser recompensado ao longo do

tempo com o consumo de energia mais reduzido. Portanto, no

trabalho exposto, há a proposta de redução de consumo e o uso

da domótica, aliada a eficiência energética.

Figura 1 – Representação digital da Casa

Sustentável.

4 MATERIAIS E MÉTODOS

No início dos testes para a elaboração do aplicativo, foram

usados apenas 3 LEDS, para que depois dos aprimoramentos, o

sistema fosse ampliado para mais lâmpadas, logo, se fosse

possível acionar LEDS, qualquer equipamento conectado a

uma das saídas digitais, também poderia ser . Durante as

primeiras fases, o módulo Bluetooth foi usado, visto que o

sistema de comunicação é de uma complexidade menor.

Figura 2 – Esquema de Teste Inicial.

Após o domínio do HC- 05, utilizamos o Shield Ethernet, para

transferir os dados do serial monitor, para um servidor web.

Durante a segunda fase de testes, empregamos relés no mesmo

código, descartando qualquer tipo de interferência na

comunicação.

Figura 3 – Teste Final.

Mostra Nacional de Robótica (MNR) 3

Figura 4 - Processo de Construção do Aplicativo

Para a construção da maquete representativa, foram usadas

técnicas de arquitetura sustentável e bioclimática como a

iluminação e a ventilação natural, a orientação, e o telhado

ecológico, com a finalidade de reduzir o consumo de energia

elétrica na residência. A grande maioria das partes da maquete

foi construída utilizando Papel Paraná.

4.1 Como a iluminação natural foi aplicada na casa.

“A iluminação natural pode oferecer maior quantidade e

melhor qualidade de luz por um custo muito menor” (DIMAS

BERTOLOTTI, Arquiteto).

Além de fornecer uma estética agradável ao ambiente, utilizar a

luz do sol para iluminar sua casa durante o dia reduz o

consumo de energia, na casa foram adotadas duas técnicas de

iluminação: Paredes e chão de cores claras, porque a luz se

expande melhor na cor branca, e a arborização, que consiste em

por um jardim, dentro da casa em um “quarto de vidro”, de

forma que a luz do sol entre por ele clareando o ambiente. É

importante destacar que nesta técnica os vidros precisam ser

temperados ou laminados, pois filtram os raios solares e evitam

o aquecimento excessivo do ambiente.

4.2 Como a ventilação natural foi aplicada na casa.

A falta de planejamento da ventilação de casas além de causar

desconforto térmico e aumento no custo de energia, pode

proporcionar umidade exessiva, mofo, e a ploriferação de

ácaros. Tendo consciencia de que vivemos em uma região

quente, é importante que a a circulação de ar dentro da casa

seja correta, por isso adotamos a ventilação cruzada, que

posiciona portas de janelas com aberturas opostas

proporcionando a entrada e saida do ar e sua circulação dentro

do ambiente. A orientação das janelas também é importante,

por isso foram direcionadas a nascente, evitantando o

sobreaquecimento nos verões.

Figura 4 – Maquete em construção.

4.3 Como o telhado ecológico ajuda na redução do consumo de energia.

Para a representação do telhado foi pesquisado um telhado de baixo custo que proporcionasse conforto térmico, então escolhemos o telhado ecólogico que é resistente, durabel, deixa o interior do ambiente até 20% mais fresco, possui instalação fácil e rápida, é feito de fibras recicladas como a de madeira, sisal, bananeira, e até asfalto, pesam menos na construção e impedem que limo e fungos se instalem nas mesmas.

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A partir dos fatos discutidos na seção 4, podemos tirar as

seguintes discussões. Durante a criação do aplicativo, um dos

problemas cruciais encontrados, fora o acesso externo ao

Arduino (internet). Inicialmente, o aplicativo usava uma

variável com o valor numérico do IP, assim a componente web,

apenas reproduzia a variável, como uma URL. Para resolver

esse problema, utilizamos um domínio público, que substituiria

o IP. Sendo assim, toda vez que o domínio fosse solicitado, o

roteador, redirecionaria a página HTML gerada. Durante os

testes da Casa Eficiente, não foram diagnosticados problemas

quanto à sustentabilidade.

Figura 4 – Protótipo em Fase Final.

6 CONCLUSÕES

Tendo base nos fatos relatados e expostos, é possível concluir

afirmando que os objetivos desse projeto, foram obtidos com

êxito através dos métodos propostos. Este trabalho foi

apresentado na Semana Nacional de Ciência e Tecnologia do

IFBA – Campus Simões filho. Para apresentação na MNR, é

viável a utilização do sensor de corrente ACS712, que permite

a medição do consumo na residência. Além da implementação

da ferramenta Intel XDK, para o uso do aplicativo em diversos

sistemas operacionais, e também a reconstrução da maquete em

madeira.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ROBOCORE. “Automação residencial Arduino Ethernet”

URL:<https://www.robocore.net/modules.php?name=F

orums&file=viewtopic&t=4053>

Mostra Nacional de Robótica (MNR)

BRAGAZZA, Lucas. TCC de Engenharia Elétrica. URL:

<http://www.tcc.sc.usp.br/tce/disponiveis/18/180450/tce-

04022014-152853/?&lang=br>

MACHADO, Robson. Acesse o Arduino pela Internet –

parte I. URL:

<http://www.eaduino.com.br/2013/04/acesse-o-arduino-

pela-internet-parte-i/

C&T, Inovação. Tecnologia de automação residencial

permite reduzir consumo de energia. URL:

<http://www.agenciacti.com.br/index.php?option=com_

content&view=article&id=7518:tecnologia-de-

automacao-residencial-permite-reduzir-consumo-de-

energia&catid=144:noticias>.

SCRIPTORE, Douglas Bento. Automação Residencial. URL:

<http://www.agenciacti.com.br/index.php?option=com_

content&view=article&id=7518:tecnologia-de-

automacao-residencial-permite-reduzir-consumo-de-

energia&catid=144:noticias>.

TEZA, Vanderlei. Alguns Aspectos Sobre a Automação

Residencial – Domótica. URL:

<https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/

83015/212312.pdf?sequence=1&isAllowed=y>. 2002.

MCROBERTS, Michael. Arduino Básico. Novatec Editora

Ltda. 2011.

SCRIPTORE, Douglas Bento. Automação Residencial. URL:

<http://www.agenciacti.com.br/index.php?option=com_

content&view=article&id=7518:tecnologia-de-

automacao-residencial-permite-reduzir-consumo-de-

energia&catid=144:noticias>.

PROCELINFO. Dicas de Economia de Energia.

<http://www.procelinfo.com.br/main.asp?View={E6BC

2A5F-E787-48AF-B485-439862B17000}>.

VERDE, PENSAMENTO. Ventilação natural em

residências. Disponível em:

<http://www.pensamentoverde.com.br/arquitetura-

verde/ventilacao-natural-em-residencias/>.

ECODESENVOLVIMENTO. 18 Dicas de eficiência

energética. URL: <http://www.ecodesenvolvimento.org/dicas-e-

guias/guias/2014-1/cartilha-18-dicas-de-eficiencia-

energetica?tag=energia>.

VERDE, PENSAMENTO. Os benefícios da iluminação

natural. URL:

<http://www.pensamentoverde.com.br/arquitetura-

verde/os-beneficios-da-iluminacao-natural-nos-

ambientes/>

ARQUIVISION. Telhas ecológicas são tendências da

construção civil. URL:<

http://arqvision.com.br/blog/?p=195>.