Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir...

20
CONTROLE AUTOMATIZADO DE CONDICIONADORES DE AR COM SISTEMA EMBARCADO. Aurélio Andrade de Albuquerque Netto 1 Livia da Silva Oliveira 2 RESUMO Em virtude do desperdício no consumo de energia em aparelhos de condicionador de ar, ligados desnecessariamente nos ambientes de universidades, e tendo como estudo de caso o Centro Universitário X, nasceu a ideia de elaborar um sistema de controle, baseado nos conceitos de automação industrial para o controle dos aparelhos, podendo ser aplicado em outros ambientes tanto públicos como residenciais dependendo da necessidade. Foi utilizada a plataforma de prototipagem Arduino, já que a mesma permite criar projetos de baixo custo. A comunicação com o condicionador de ar é realizada de forma remota não necessitando o uso de pessoas para realizar o ligamento e desligamento, e fazer as alterações nas configurações de temperatura do aparelho. O sensor de temperatura e umidade é responsável em realizar medições entre intervalos de tempo, coletando dados da temperatura ambiente, enviando para o display em tempo real. O ajuste é realizado com a ajuda do infravermelho, que consegue definir segundo as condições programadas em quantos graus deverá regular, aumentando ou diminuindo. O funcionamento do protótipo dentro desse estudo, e a sua capacidade de controlar e configurar a temperatura de acordo com o estado em que a sala se encontra foram testados e avaliados. Palavras-Chave: Consumo, Temperatura, Arduino, Sensor. ABSTRACT Due to the wasteful use of energy in air conditioners, unnecessarily connected in university environments, and having as a case study the University Center X, the idea was born to elaborate a control system, based on the concepts of industrial automation for the control of the devices, and can be applied in other environments both public and residential depending on the need. The Arduino prototype platform was used, since it allows to create projects of low cost. Communication with the air conditioner is carried out remotely not requiring the use of people to perform the ligation and shutdown, and to make changes in the temperature settings of the appliance. The temperature and humidity sensor is responsible for taking measurements between time intervals, collecting ambient temperature data and sending it to the display in real time. The adjustment is performed with the help of infrared, which can be set according to the programmed conditions in how many degrees you should regulate, increasing or decreasing. The functioning of the prototype within this study, and its ability to control and set the temperature according to the state in which the room is located have been tested and evaluated. Key words: Consumption, Temperature, Arduino, Sensor. ____________________________________ 1 Discente de Engenharia Elétrica. Centro Universitário Fametro, Manaus, Amazonas. 2 MSc. em Ciências Ambientais pela Universidade Federal do Pará UFPA, Professora do Centro Universitário Fametro, Manaus Amazonas.

Transcript of Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir...

Page 1: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

CONTROLE AUTOMATIZADO DE CONDICIONADORES DE AR COM SISTEMA EMBARCADO.

Aurélio Andrade de Albuquerque Netto1

Livia da Silva Oliveira2

RESUMO Em virtude do desperdício no consumo de energia em aparelhos de condicionador de ar, ligados desnecessariamente nos ambientes de universidades, e tendo como estudo de caso o Centro Universitário X, nasceu a ideia de elaborar um sistema de controle, baseado nos conceitos de automação industrial para o controle dos aparelhos, podendo ser aplicado em outros ambientes tanto públicos como residenciais dependendo da necessidade. Foi utilizada a plataforma de prototipagem Arduino, já que a mesma permite criar projetos de baixo custo. A comunicação com o condicionador de ar é realizada de forma remota não necessitando o uso de pessoas para realizar o ligamento e desligamento, e fazer as alterações nas configurações de temperatura do aparelho. O sensor de temperatura e umidade é responsável em realizar medições entre intervalos de tempo, coletando dados da temperatura ambiente, enviando para o display em tempo real. O ajuste é realizado com a ajuda do infravermelho, que consegue definir segundo as condições programadas em quantos graus deverá regular, aumentando ou diminuindo. O funcionamento do protótipo dentro desse estudo, e a sua capacidade de controlar e configurar a temperatura de acordo com o estado em que a sala se encontra foram testados e avaliados. Palavras-Chave: Consumo, Temperatura, Arduino, Sensor. ABSTRACT Due to the wasteful use of energy in air conditioners, unnecessarily connected in university environments, and having as a case study the University Center X, the idea was born to elaborate a control system, based on the concepts of industrial automation for the control of the devices, and can be applied in other environments both public and residential depending on the need. The Arduino prototype platform was used, since it allows to create projects of low cost. Communication with the air conditioner is carried out remotely not requiring the use of people to perform the ligation and shutdown, and to make changes in the temperature settings of the appliance. The temperature and humidity sensor is responsible for taking measurements between time intervals, collecting ambient temperature data and sending it to the display in real time. The adjustment is performed with the help of infrared, which can be set according to the programmed conditions in how many degrees you should regulate, increasing or decreasing. The functioning of the prototype within this study, and its ability to control and set the temperature according to the state in which the room is located have been tested and evaluated. Key words: Consumption, Temperature, Arduino, Sensor.

____________________________________ 1 Discente de Engenharia Elétrica. Centro Universitário Fametro, Manaus, Amazonas. 2 MSc. em Ciências Ambientais pela Universidade Federal do Pará – UFPA, Professora do Centro Universitário Fametro, Manaus – Amazonas.

Page 2: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

2

1. INTRODUÇÃO

A automatização de processos está cada vez mais presente no dia-a-dia das pessoas,

já que antigamente as tarefas eram realizadas de forma manual e muitas vezes trabalhosa.

Hoje são realizadas por sistemas embarcados que executam uma tarefa pré-programada

através de uma preposição inicial, onde são encarregados de realizar uma função exclusiva,

na maioria das vezes sem o conhecimento da sua existência pelo usuário. Seu conceito básico

é possuir uma unidade processadora responsável em executar um software específico

desenvolvido para realizar uma aplicação, tendo uma garantia de alta disponibilidade do seu

uso por um bom período de tempo, conforme Souza (2003) é usado em muitos equipamentos

de nosso uso habitual, como por exemplo: eletrodomésticos, alarmes, celulares, brinquedos,

entre outros.

A automatização de processos certifica que todas as ações sejam executadas de

forma padrão, com alta qualidade e resultados confiáveis. Atividades manuais realizadas por

seres humanos que tendem a tomar tempo, podem cometer erros e obter variação em relação

à qualidade final. Por isso, automatizar atividades manuais possibilita a economia de tempo,

aumentando o nível de motivação dos colaboradores e com isso resultando em mais inovação

(LAUBE, 2018). É possível controlar e monitorar resultados em tempo real, e esses resultados

são determinados através de processos de performance, que verificam onde que se encontra

ineficiência e desperdícios. Além do mais permite dissociar funções e encarrega de uma forma

bem mais simples, por meio de um sistema integrado de níveis e possibilidades de aprovação,

deixando de forma mais simples e evidentes o controle operacional e o gerenciamento,

reduzindo o tempo perdido com trâmites.

Automação é qualquer sistema que tem o apoio de computadores, onde substitua o

trabalho humano, oferecendo mais segurança, produzindo com mais qualidade e rapidez os

produtos sempre visando a redução dos custos gerados, otimizando os complicados objetivos

de serviços das indústrias (Moraes e Castrucci, 2007).

Visando os processos que envolvam um ambiente com condicionadores de ar com

acionamento manual, é possível desenvolver um controle automatizado através de sistemas

embarcados sendo capaz de monitorar a necessidade dos equipamentos modulando a

variável de estado visando conforto e um melhor ambiente e também uma eficiência

energética. O desenvolvimento de um controle automatizado é capaz de realizar tais objetivos

Page 3: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

3

de forma segura e com eficácia envolve vários conceitos de circuitos elétricos aplicados e

sistemas microcontrolados.

O projeto proposto se justifica pela ausência de processos automatizados em muitos

ambientes, onde as pessoas que utilizam esses ambientes, desprovidos de conhecimento

necessário, não buscam uma melhor eficiência energética. Dessa forma, automatizar

processos reduz a necessidade em mobilizar os profissionais responsáveis para dar suporte

durante o processo que outrora era realizado manualmente, reduzindo os custos com

recursos humanos.

2. REFERENCIAL TEÓRICO

Tendo uma proposta de solução para o problema, é necessário conhecer as

ferramentas que irão auxiliar para a realização da mesma. Esse conhecimento sendo

fundamental para que se tenha o entendimento da justificativa da pesquisa, ao mostrar que

de ainda há locais desprovidos de conhecimento necessário para automatizar processos.

2.1 AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS

Automação é o controle de processos automáticos, que significa ter um mecanismo de

atuação automática, padronizada e eficiente própria sem a necessidade de execução manual,

que faça uma ação requerida em tempo programado ou em resposta a certas condições

(RIBEIRO, 2003). Dessa maneira, é possível produzir mais, sem perder em qualidade e sem

sobrecarregar ninguém. Pode complementar e dar suporte à cadeia de produtividade,

contribuindo para a prevenção de falhas, reduzindo as perdas, com realocação da mão de

obra existente, valorizando aqueles profissionais com conhecimento e experiência em

tecnologia da informação, gestão de processos e logística aplicada.

2.2 SISTEMAS ELETRÔNICOS EMBARCADO

Um sistema se classifica como embarcado quando este é destinado para uma única

tarefa e interação, continuamente com o ambiente ao seu redor através dos sensores e

atuadores (BALL, 2005). Normalmente a palavra embarcada está relacionada ao fato de ser

uma parte funcional de um sistema como um todo, ou seja, um software embarcado é

Page 4: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

4

responsável por uma determinada função em um sistema maior de maneira contínua e na

maioria das vezes sem travamentos ou panes (TAURION, 2005).

Diferentemente de computadores de propósito geral, como o computador pessoal, um

sistema embarcado realiza um conjunto de tarefas pré-definidas, geralmente com requisitos

específicos já que o sistema é dedicado a tarefas específicas, através de engenharia pode-se

otimizar o projeto reduzindo tamanho, recursos computacionais e custo do produto.

Eles se comunicam com o ambiente em que estão e fazem a coleta de dados através

dos sensores para que haja uma modificação do ambiente utilizando atuadores (VARGAS,

2007).

3. HARDWARE

3.1.1 Arduino

A plataforma de desenvolvimento Arduino é dito como uma plataforma de computação

física, no qual sistemas digitais ligados aos sensores e aos atuadores são capazes de medir

variáveis no ambiente físico, realizar cálculos numéricos, e tomar decisões lógicas no

ambiente computacional gerando novas variáveis no ambiente físico. A grande vantagem de

se utilizar o Arduino como uma plataforma de desenvolvimento, tendo a capacidade de

controlar dispositivos físicos, receber e tratar dados através de uma interface programável,

além de realizar diversas modificações ao longo do desenvolvimento do projeto (ARAÚJO,

2012).

Por sua vez, possibilita diversas maneiras de ensino pedagógico, não simplesmente

na área de informática, mas também nas áreas de matemática, música, elétrico-eletrônica,

robótica (automação) e para as Universidades pode-se citar as áreas de Computação,

Engenharia e outras. Por meio da tecnologia é possível estimular o discente a querer aprender

de forma mais eficiente (ARDUINO,2011).

3.1.2 Sensores de temperatura

O processo de funcionamento de um sensor é realizado sob a ação de uma grandeza

física que mudam as propriedades do dispositivo, podendo fornecer diretamente ou

indiretamente um sinal que representa uma proporção da variação desta grandeza, como a

resistência, a capacitância ou a indutância de forma mais ou menos proporcional. Este

Page 5: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

5

produzirá informações de acordo com essas alterações que serão levadas a algum outro

dispositivo que irá tratá-las (NATALE, 2003).

Sensores de temperatura são dispositivos que ajudam a identificar o nível de

aquecimento de um determinado equipamento ou processo com o objetivo de fazer com que

este permaneça em condições adequadas para o seu funcionamento (MADEIRA, 2018).

Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre

0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20 a 90% UR com faixa de

precisão de ±5,0% UR. Sua aplicação no projeto de automação de condicionadores de ar é

válida, visando o baixo custo e uma boa precisão.

3.1.3 Sensores de Presença PIR

Os sensores infravermelhos são passivos de movimento que trabalham na faixa ótica

da radiação térmica e respondem ao calor irradiado entre o elemento sensor e o objeto em

movimento (HANDBOOK, 2004). O funcionamento é baseado na emissão de luzes invisíveis

que ao perceberem um objeto no meio de seu trajeto medem os fótons para analisar a

temperatura. Se a temperatura condiz com a de um ser humano (entre 36,5ºC e 40ºC).

O Sensor de Movimento PIR DYP-ME003 consegue identificar o movimento de objetos

que estejam dentro de uma área de até 7 metros, são incitados apenas por algumas fontes

de energia como por exemplo, o calor humano ou de animais. É denominado um sensor

passivo já que ele não emite nenhum sinal, é estimulado por ela ao recebe uma radiação.

3.1.4 Módulo Leitor de Micro SD Card

É um componente desenvolvido com a finalidade de efetuar leitura e escrita

diretamente em um micro cartão de memória. Este módulo trabalha em nível lógico de 3,3 V

com um divisor de tensão embutido para que haja a comunicação do módulo com as

plataformas microcontroladas de nível lógico 5V através da comunicação SPI

(OLIVEIRA,2019).

O grande diferencial em se utilizar o módulo com plataformas microcontroladas é que

em uma possível falta de energia, os dados obtidos estarão armazenados no cartão de

Page 6: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

6

memória, podendo ter o acesso após a energia se restabelecer. Além disso, o módulo suporta

micro SD CARD convencional e micro SDHC (OLIVEIRA,2019).

3.1.5 Módulo Receptor IR

A descoberta da radiação infravermelha foi descoberta pelo astrônomo Willian

Herschel (1738-1822), após repetir o mesmo experimento feito por Isaac Newton, dispersou

a luz solar em suas componentes usando um prisma de cristal. Herschel procurava a cor que

possui maior temperatura incidindo os feixes sobre o bulbo de um termômetro, descobriu que

a região de frequência um pouco menor que a da luz vermelha era a região mais quente

(SILAS,2019).

É um módulo de comunicação IR que opera na frequência de 38K Hz, ângulo de

reconhecimento de 90°e com alcance de transmissão 8m, sendo capaz de decodificar o sinal

de um controle remoto IR através de um microcontrolador como o Arduino, PIC e outros.

Comunicando-se com o microcontrolador por meio de um único pino de sinal

(FILIPEFLOP,2019).

3.1.6 Real Time Clock RTC

Real time clock ou relógio de tempo real, de alta precisão e de baixo consumo, com

cristal oscilador embutido melhorando sua exatidão. Além disso, esse módulo também possui

embutido um sensor de temperatura (THOMSEN, 2019).

Este módulo gera informações como data, mês e ano, segundo, minutos e dia, realiza

correções como meses com menos de 31 dias e anos bissextos são corrigidos imediatamente

podendo operar tanto no formato 12 horas como em 24 horas. Possui embutido um circuito

de detecção de falha de energia, onde automaticamente aciona a bateria do módulo evitando

perda de dados coletados. Endereços e informações são transmitidas via protocolo I2C

(FILIPEFLOP,2019).

3.1.7 Display LCD 16×2 Backlight Azul

O LCD (Display de Cristal Líquido) é um dispositivo gráfico muito usado na criação de

interfaces que necessitam mostrar as informações ao usuário, bastante utilizado nos mais

diversos tipos de projetos. Os displays são constituídos por uma leve e fina camada de cristal

Page 7: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

7

líquido colocada entre duas placas de vidro, possui uma fonte luminosa fluorescente instalada

atrás da tela. A criação dos caracteres e imagens ocorre devido ao fato do cristal líquido,

quando submetido a uma carga elétrica, o cristal líquido naturalmente transparente em seu

estado normal torna-se opaco, interrompendo a passagem da luz (LARGURA, 2019).

3.1.8 Adaptador I2C para Display LCD 16×2

Para que seja possível a comunicação entre o Arduino e o LCD, precisaremos de um

adaptador I2C, sendo um conversor com a função é de manipular os contatos do LCD, sendo

uma solução simples e prática proporcionando economia de algumas portas digitais na ligação

do seu display, de maneira que, teremos apenas 2 pinos para efetuar a comunicação com a

placa Arduino através do protocolo I2C (MADEIRA,2019).

4. METODOLOGIA

Trata-se de uma pesquisa de campo aplicada que segundo (LAKATOS; MARCONI,

1996) é a pesquisa onde se observa e coleta os dados diretamente no próprio local no qual

se deu o fato em estudo, caracterizando-se pelo contato direto com o mesmo, sem

interferência do pesquisador, pois os dados são observados e coletados tal como ocorrem

espontaneamente.

O local de estudo foi desenvolvido em um Centro Universitário, localizado na cidade

de Manaus/AM, aqui denominado de Centro Universitário X, com sede em Manaus/AM, possui

nove unidades. Suas atividades acadêmicas iniciaram em 13 de setembro de 2002, no qual

está estabelecida há quase dezessete anos no estado do Amazonas.

O ambiente monitorado foi na sala de aula, equipada com dois condicionadores de ar

da marca TRIVOLT Split, do modelo TAC-2480 de 24000BTU/h, com a potência de 2640 W.

A sala possui as seguintes dimensões: altura 2,74 metros, largura 5,80 metros e comprimento

7,96 metros, com a capacidade de40 alunos. Foi realizada a instalação com uma altura de

2,40 metros (Figura 1) aproveitando a tomada 127 V que já possuía no local, onde se obteve

melhora coleta dos dados devido ao fato do protótipo está instalado numa posição da sala,

onde não interrompeu o fluxo normal das aulas.

Page 8: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

8

Figura 1- Altura do sensor.

Fonte: Próprio autor, 2019.

Para realizar o levantamento dos dados foi desenvolvido inicialmente um sensor

(Figura 2), onde os componentes utilizados foram o sensor DHT11 responsável em captar

temperatura e umidade do ambiente, módulo leitor de micro sd card onde se armazena todos

os dados coletados pelo sensor, real time clock RTC gera informações como data, mês e ano,

segundo, minutos e dia, foram montados e interligados à placa do Arduino MEGA, colocados

em uma caixa com as dimensões 16 x12 cm.

Foi desenvolvida uma programação inicial com base na linguagem C++ para coletar

dados de temperatura e do movimento dos alunos para mapear o movimento dentro do horário

de aula, fazendo que armazene os dados coletados no módulo já descrito antes. O código

que é copiado para dentro da IDE do Arduino através do upload na placa onde fica

armazenada, dessa forma, realiza a leitura do sensor de forma harmoniosa, garantindo o

armazenamento das informações coletadas.

Page 9: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

9

Figura 2 – Sensor de temperatura e umidade.

Fonte: Próprio autor, 2019.

Para se deixar o protótipo mais didático, instalou-se um display LCD juntamente com

adaptador I2C (Figura 3) que estabelece a comunicação como Arduino, exibindo em tempo

real a data, o horário e a temperatura e umidade da sala. O sensor realiza a leitura dos dados

e envia para o display, deixando o usuário informado das oscilações que ocorre no ambiente

durante essa leitura.

Figura 3 – Display LCD

Fonte: Próprio autor, 2019.

O protótipo é ligado à uma fonte de energia que ao ser conectada na tomada se inicia

a coletar os dados do local, realizando medições entre intervalos de tempo. Durante o período

dos testes, foram verificados a rotina de uso dos condicionadores de ar, ou seja, em que horas

Page 10: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

10

eram ligados, tempo em média para se deixar o ambiente com a temperatura ideal e o horário

que era desligado.

Para realizar do controle de forma remota, isto é, sem a intervenção do sistema original

do aparelho, mais uma cópia do código do controle remoto original, responsável em fazer o

envio do comando para condicionador de ar. Com a ajuda do receptor infravermelho (Figura

4) é realizada a clonagem, onde ele consegue captar a frequência do controle remoto, já que

contém códigos para cada tipo de ação realizada pelo controle. Com isso o código obtido fará

a configuração do aparelho através de um LED emissor infravermelho.

Figura 4 – Receptor infravermelho.

Fonte: Próprio autor, 2019.

A biblioteca ir remote foi utilizada para emitir os sinais de controle remoto, para tal ele

através da técnica de PWM (Pulse Width Modulation), Segundo (SOUZA, 2003), PWM tem

sua origem no inglês que significa modulação por largura de pulso. Tratando-se de uma onda

quadrada, sendo de frequência constante e largura de pulso variável.

Envia comandos para o receptor em diferentes larguras de pulso que simulam 0 e 1.

As especificações desta largura de pulso, variam por fabricantes. Por padronização foram

desenvolvidos diferentes protocolos, são utilizadas pela maioria dos fabricantes de

Page 11: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

11

eletroeletrônicos. Grande parte destes protocolos enviam informações em conjunto de 32 bits,

que representam 64 mudanças de nível (32 subidas e 32 descidas).

O protocolo ir remote determina 100 mudanças por padrão. Entretanto os controles de

condicionadores de ar utilizado no projeto enviam 228 pulsos que só foi percebido através da

leitura com osciloscópio (Figura 5). Então a biblioteca foi modificada para suportar até 250

mudanças de pulsos.

Figura 5 – Osciloscópio

Fonte: Próprio autor, 2019.

O sensor de presença PIR (Figura 6) permitem detectar movimentos, usado para

identificar se a pessoa se movimentou dentro ou fora do alcance de sensores, sendo capazes

de realizar tarefas simples como a detecção mais precisa e eficiente, sendo mais rápido e

com a probabilidade de menos erros. O módulo PIR DYP-ME003, possui excelente custo

benefício sendo de fácil utilização na plataforma Arduino.

Mesmo a concepção de pequenas variações de temperatura no ambiente, produzem

tensões suficientes para serem aplicadas à entrada de um circuito amplificador que aumenta

o pequeno sinal criado, e assim alimenta um comparador diferencial que modifica a saída do

sensor (REPAS, 2008).

Page 12: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

12

Figura 6–Sensor de presença PIR.

Fonte: Próprio autor, 2019.

Os testes para coletar de dados da temperatura da sala de aula se iniciaram dia 22 de

abril às 16h55min e foi finalizado no dia 07 de maio às 22h10min, completando no total de

240 horas.

5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Antes de deixar o protótipo em pleno funcionamento foram realizados alguns testes

com os componentes para que execução do sistema, tais como: a verificação da leitura do

sensor de temperatura e umidade para assim detectar se a oscilação iria gerar dados

diferentes de cada dia, componentes responsáveis pelas datas e horários e armazenamento

de informações, o tempo de envio entre um comando e outro, realizando o ligamento e

desligamento, aumentando ou diminuindo a temperatura do condicionador de ar, leitura do

sensor de presença dentro da área de estuda, ficando dentro das especificações que foram

projetadas.

Durante a verificação de rotina realizada no Centro Universitário X, constatou que os

aparelhos ficam ligados desnecessariamente, em torno de uma hora antes de se iniciar as

aulas. Outro situação é quando se antecipa a saída dos alunos em média entre21h00min e

Page 13: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

13

21h30min, mais o desligamento será efetuado no fim das aulas estimado às 22h05min. Em

dias como segunda-feira os alunos são liberados, já na quarta-feira a duração da aula é

geralmente em torno de 30 minutos, existe casos em que o professor não ministra aula nesse

dia, dessa forma ocasionando o desperdício já que o aparelho será desligado às 22h00min.

Segundo (KRAUSE, 2002) considera que as despesas com a energia elétrica têm uma parte

expressiva no orçamento de uma instituição, ainda mais se tratando de uma instituição de

ensino particular.

No gráfico abaixo (gráfico 01) é possível visualizar os dados coletados pelo sensor,

que corresponde à média da temperatura e umidade e presença dos alunos na sala de aula

na segunda-feira.

Gráfico 1 – Leitura sensores (segunda feira).

Fonte: Próprio autor, 2019.

Através dos dados foi possível verificar que na segunda-feira o aparelho de

condicionador de ar foi ligado às 17h05min, e o sensor de presença captou a presença de

pessoas durante esse horário que seria o responsável em realizar o ligamento do aparelho.

Na segunda-feira essa sala não tem aula pelo fato de não ter matéria para ser ministrada.

Verificamos que mesmo assim os aparelhos são ligados até as 22h05min quando o

responsável volta novamente para efetuar o desligamento.

No gráfico abaixo (gráfico 02) é possível visualizar os dados coletados pelo sensor,

que corresponde à média da temperatura e umidade e presença dos alunos na sala de aula

na terça-feira.

0

20

40

60

80

100

120

17

:05

:00

17

:20

:00

17

:35

:00

17

:50

:00

18

:05

:00

18

:20

:00

18

:35

:00

18

:50

:00

19

:05

:00

19

:20

:00

19

:35

:00

19

:50

:00

20

:05

:00

20

:20

:00

20

:35

:00

20

:50

:00

21

:05

:00

21

:20

:00

21

:35

:00

21

:50

:00

22

:05

:00

Temperatura - Umidade - Presença

Temperatura Umidade Presença

Page 14: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

14

Gráfico 2 – Leitura sensores (terça feira).

Fonte: Próprio autor, 2019.

Como podemos observar, às 17h00min a pessoa responsável ligou o aparelho e em

seguida saiu da sala, observamos através do sensor de presença. Somente as 17h35min que

a presença de pessoa na sala começou a ser captada pelo sensor. Mais as 21h05min

percebeu-se que houve a redução da presença de pessoas na sala de aula, sendo captada

apenas as 22h00min, hora que os aparelhos são desligados.

No gráfico abaixo (gráfico 03) é possível visualizar os dados coletados pelo sensor,

que corresponde à média da temperatura e umidade e presença dos alunos na sala de aula

na quarta-feira.

Gráfico 3 – Leitura sensores (quarta feira).

Fonte: Próprio autor, 2019.

0

20

40

60

80

100

120

17

:05

:00

17

:20

:00

17

:35

:00

17

:50

:00

18

:05

:00

18

:20

:00

18

:35

:00

18

:50

:00

19

:05

:00

19

:20

:00

19

:35

:00

19

:50

:00

20

:05

:00

20

:20

:00

20

:35

:00

20

:50

:00

21

:05

:00

21

:20

:00

21

:35

:00

21

:50

:00

22

:05

:00

Temperatura - Umidade - Presença

Temperatura Umidade Presença

0

20

40

60

80

100

120

17

:05

:00

17

:20

:00

17

:35

:00

17

:50

:00

18

:05

:00

18

:20

:00

18

:35

:00

18

:50

:00

19

:05

:00

19

:20

:00

19

:35

:00

19

:50

:00

20

:05

:00

20

:20

:00

20

:35

:00

20

:50

:00

21

:05

:00

21

:20

:00

21

:35

:00

21

:50

:00

22

:05

:00

Temperatura - Umidade - Presença

Temperatura Umidade Presença

Page 15: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

15

Observamos que as 17h05min o aparelho foi ligado, então o sensor de presença não

capturou nenhuma presença de alunos ou professor. Somente as 18h00min que foi verificado

a presença de alunos na sala e foi captado até às 19h35min e depois nada mais foi captado,

então as 22h00min que notou a presença da pessoa responsável em deliga o aparelho.

No gráfico abaixo (gráfico 04) é possível visualizar os dados coletados pelo sensor,

que corresponde à média da temperatura e umidade e presença dos alunos na sala de aula

na quinta-feira.

Gráfico 4 – Leitura sensores (quinta feira).

Fonte: Próprio autor, 2019.

Observamos a que as 17h00min o responsável liga o condicionador de ar e sai da

sala, mais às 17h20min já percebemos a presença de alunos na sala de aula e se manteve

constante sendo captada por meio do sensor de presença até às 21h35min e depois manteve

sem captar, então as 22h07min o aparelho foi desligado.

No gráfico abaixo (gráfico 05) é possível visualizar os dados coletados pelo sensor,

que corresponde à média da temperatura e umidade e presença dos alunos na sala de aula

na sexta-feira.

0

20

40

60

80

100

120

17

:05

:00

17

:20

:00

17

:35

:00

17

:50

:00

18

:05

:00

18

:20

:00

18

:35

:00

18

:50

:00

19

:05

:00

19

:20

:00

19

:35

:00

19

:50

:00

20

:05

:00

20

:20

:00

20

:35

:00

20

:50

:00

21

:05

:00

21

:20

:00

21

:35

:00

21

:50

:00

22

:05

:00

Temperatura - Umidade - Presença

Temperatura Umidade Presença

Page 16: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

16

Gráfico 5 – Leitura sensores (sexta feira).

Fonte: Próprio autor, 2019.

Como já está programado o responsável realiza o ligamento do aparelho as 17h05min

deixando a sala. Então as 17h50min começa a perceber a presença de pessoas na sala de

aula e percebe-se que alunos estão na sala até que as 19h20min o sensor faz a verificação e

vemos que a sala está vazia novamente. Somente as 22h05min capta a presença de pessoas

então o aparelho e desligado.

Através dos dados coletados podemos verificar um período de aumento da

temperatura por volta de 16h55min até 17h20min ficando numa média de 30 °C e unidade de

71%, onde os aparelhos encontram-se desligados. Para se obter resultados mais conclusivos,

foram realizados testes dia após para se observar para garantir resultados e informações

razoáveis da variação do ambiente. Através da leitura do sensor foi possível verificar que o

condicionador de ar levou em torno de 20 minutos para refrigerar a sala de aula ficando numa

média de 29 °C com umidade de 56%, e foi alterando até ficar em 27 °C e umidade em 51%

mais dependendo do clima ocorre variações mínimas. Podemos verificar que essa

temperatura não foi alterada (de 19h05min às 22h00min), causando um certo desconforto

entre os alunos que ficam no meio e fim da sala, já que são dois condicionadores de ar são

configurados em 20 °C e não são configurados que os osciladores (aletas) responsáveis em

movimentar para cima e para baixo a saída de ar, não sendo alterados até o fim das aulas,

quando ocorre o seu desligamento. (ASHARE, 2004) diz que o conforto térmico é um estado

de espírito onde se reflete a satisfação com o ambiente térmico que cerca uma pessoa. Muito

do que o controle de temperatura é uma sensação individual que necessita de aspectos

biológicos, físicos e emocionais dos ocupantes presentes no ambiente.

0

20

40

60

80

100

120

17

:05

:00

17

:20

:00

17

:35

:00

17

:50

:00

18

:05

:00

18

:20

:00

18

:35

:00

18

:50

:00

19

:05

:00

19

:20

:00

19

:35

:00

19

:50

:00

20

:05

:00

20

:20

:00

20

:35

:00

20

:50

:00

21

:05

:00

21

:20

:00

21

:35

:00

21

:50

:00

22

:05

:00

Temperatura - Umidade - Presença

Temperatura Umidade Presença

Page 17: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

17

Os dados do sensor de presença, instalado para verificar o funcionamento real, onde

qualquer valor maior que zero mostra que houve movimento no ambiente. Podemos observar

no gráfico que sensor de presença funcionou bem, tendo um bom alcance no sensoriamento

das pessoas, justificando que o mesmo captará cada movimento na sala de aula.

Com a apresentação desses dados coletados é fácil compreender que o Centro

Universitário X diminuiria esse custo de energia na utilização do protótipo, evitando o consumo

dos aparelhos ligados antes do início das aulas ou durante, (PUCRS, 2010) concluiu que além

da conscientização sobre o uso correto e o não desperdício, podem ajudar a mudar esse

quadro, trazendo resultados positivos e assim contribuindo na redução do consumo de

energia e, assim, minimizando os custos.

Com o sistema implantado nas salas de aula, poderemos chegar o mais próximo de

um comportamento mais controlado com o auxílio do protótipo, onde os equipamentos seriam

ligados e desligados quase que imediatamente. Esse comportamento do uso dos aparelhos é

variável, pois há dias que não há aulas ou os equipamentos são desligados imediatamente

após as atividades nas salas. Com isso tendo um controle de quando for realmente necessário

o uso dos condicionadores de ar.

6. CONCLUSÃO

Nesse trabalho verificou-se o problema de desperdício energético em função dos

condicionadores de ar permanecerem ligados quando seu uso é desnecessário em

determinados horários em ambientes de universidades, desenvolveu um sistema de controle

automatizado, utilizando a sala de aula do Centro Universitário X como estudo de caso.

A princípio desenvolveu-se o protótipo capaz de coletar a temperatura e umidade do

ambiente de maneira contínua e assim obter as variações da temperatura da sala,

estabelecendo um intervalo de tempo da necessidade de ligar o aparelho e qual temperatura

ideal para que as pessoas que ocupam a sala sintam-se termicamente conforto por meio da

plataforma de prototipagem Arduino juntamente com o sensor. Foram realizados vários testes

de verificação durante montagem inicial, para se corrigir os erros gerados.

Após concluída a parte inicial, partiu-se então para a integração e a realização dos

testes com sensor de presença no ambiente monitorado, para assim demonstrar que o mesmo

Page 18: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

18

está com bom alcance de sensoriamento, fazendo ajustes da posição ideal para evitar que

durante a execução com todos os componentes não aconteça conflitos, não enviando os

comandos necessários para o Arduino. Seu uso será de suma importância, pois ele irá

verificar se há movimentos de pessoas, através disso ele irá enviar dados para que o comando

de acionamento através controle infravermelho responsável no ligamento.

Em seguida foi realizado a clonagem do controle remoto do ar condicionado, nessa

fase aplicou-se o receptor infravermelho responsável na recepção do sinal do controle e

identificação do código. Cada temperatura possui um código, sendo assim, foram clonados

os códigos referentes a cada grau de temperatura é entre16 e 30ºC. Esse código, por sua

vez, será utilizado para atuar na regulagem do aparelho com o auxílio do LED infravermelho

emissor, que são imunes a interferências externas, tornando sua aplicação extremamente

válida.

De acordo com os testes concretizados o protótipo atendeu aos objetivos propostos,

verificando a temperatura ambiente com auxílio do sensor como já foi descrito, onde ele envia

para a tela LCD as informações necessárias para o usuário, realizando as alterações no

controle de temperatura. Essas alterações foram realizadas de forma remota, ou seja, sem a

influência de pessoas usando as configurações originais do controle. A comunicação com os

sensores e a atuação das alterações foram realizadas com êxito. No entanto, vale lembrar

que ainda existe melhorias e testes a serem realizados para melhor adaptação as condições

propostas deste trabalho.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Araújo, Ícaro B. Q. (et al.). Desenvolvimento de um protótipo de Automação Predial/Residencial utilizando a Plataforma de Prototipagem Eletrônica Arduino. XL Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), 2012. Disponível em: < http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2012/artigos/103723.pdf>Acessadoem: 17 de novembro. 2018.

ARDUINO. ARDUINO. Disponível em <http://arduino.cc>. Acesso em : 16 de novembro. 2018. AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINNERS. ASHERAE 55: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: American Society of Heating, 2004.

AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Atlas de energia elétrica do Brasil. Brasília: ANEEL, 2002. 153p.

Page 19: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

19

CUNHA, Lívia. Relés e contatores, 2009. Disponível em: <https://blog.fastformat.co/como-fazer-citacao-de-artigos-online-e-sites-da-internet/> Acesso em: 29 novembro. 2018

FILIPEFLOP.FILIPEFLOP. Disponível em:<https://www.filipeflop.com/produto/real-time-clock-rtc-

ds3231/>.Acesso em: 15 de março. 2019. HANDBOOK, Jacob Fraden, of modern sensors: physics, designs, and applications,-Verlag New York, Inc., 2004. JÚNIOR, Joab Silas Da Silva. "O que é infravermelho?"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-infravermelho.htm>. Acesso em: 15 de março. 2019. KRAUSE, Cláudia Barroso. Manual de prédios eficientes em energia elétrica: José Luís Pitanga Maia, coordenador. Rio de Janeiro: IBAM/ELETROBRÁS/PROCEL, 230p, 2002. LAKATOS, Eva Maria; MARCONI, Marina de Andrade. Técnica depesquisa. 3.ed. rev. e ampl. São Paulo, Editora Atlas, 1996. cap. 1, p. 15-36.

LARGURA, Ronan. Display LCD 16x2 com Arduino, 2019. Disponível em:<https://portal.vidadesilicio.com.br/display-lcd-16x2-com-arduino/>. Acesso em: 15 de março. 2019.

LAUBE, Alini. Benefícios da Automatização de Processos – Automatização de Atividades, 2018. Disponível em: <http://www.neomind.com.br:81/blog/beneficios-da-automatizacao-de-processos/> Acesso em: 30 novembro. 2018.

MADEIRA, Daniel. Display LCD 20x4 e 16x2 com Adaptador I2C, 2019. Disponível em:<https://portal.vidadesilicio.com.br/display-lcd-20x4-16x2-adaptador-i2c/>. Acesso em: 15 de março.2019; MADEIRA, Daniel. DS18B20- Sensores de temperatura inteligente, 2018. Disponível em: <https://portal.vidadesilicio.com.br/sensor-de-temperatura-ds18b20/> Acesso em: 29 de novembro. 2018. NATALE, Ferdinando. Automação Industrial. São Paulo, SP, Editora Érica. 2003 OLIVEIRA, Euler.Como usar com Arduino – Módulo Leitor de Micro SD Card, 2018. Disponível em:<http://blogmasterwalkershop.com.br/arduino/como-usar-com-arduino-modulo-leitor-de-micro-sd-card/> Acesso em: 11 de março. 2019.

PUCRS, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. USE – Uso sustentável de energia: guia de orientações. Faculdade de engenharia, grupo de eficiência energética. Porto Alegre: PUCRS, 2010. REPAS, Robert. Sensor Sense: passive infrared motion sensors. Universidade da Califórnia, Penton, ed 13, v. 80, jun. 2011. RIBEIRO, Marco Antônio. Fundamentos da Automação. Salvador: 1ª ed. 2003. SOUZA, David José de. Desbravando o PIC: ampliando e atualizado para PIC 16F628A. 6.ed. São Paulo: Editora Érica, 2003.

Page 20: Organizaçao de Empresas€¦ · Sensor de Umidade e Temperatura DHT11, sendo capaz de medir temperaturas entre 0ºC e 50ºC com faixa de precisão de± 2.0ºC, e umidade entre 20

20

THOMSEN,Adilson.Como fazer um Datalogger com Arduino, 2019. Disponível em:<https://www.filipeflop.com/blog/datalogger-com-arduino-cartao-sd/>. Acesso em: 15 de março. 2019.