1.0 INTRODUÇÃO

O sistema de automação vem aumentando nos dias de hoje, tanto para

simples projetos como para complexos sistemas de processos e com o avanço da

tecnologia é desenvolvido uma grande variedades de dispositivos para a automação

auxiliando na criação de novos projetos.

Por meio de alguns dispositivos existentes no mercado e com conhecimentos

adquiridos durante o longo dos anos, citamos alguns exemplos de automação, no

caso especifico da automação residencial, usufruindo de fontes de energias

renováveis como a chuva e o sol para o funcionamento do sistema.

O primeiro projeto já existente no mercado mais com algumas alterações, que

é o aquecedor solar, onde podemos aquecer a água da residência usando o sol

como gerador de calor, captando seus raios solares por meio de placas coletoras

aquecendo água que circula entre placas coletoras e acumuladas em reservatórios

térmicos.

O sistema de cisterna também é muito viável, captando a água das chuvas

dos telhados de uma residência por meio de calhas passando por um filtro onde será

acumulada em um reservatório instalado sobre ou sob o solo, a água acumulada é

usada para as bacias sanitárias, lavar calcadas, carros, regar o jardim, etc.

A segurança de uma residência nos dias de hoje também é primordial, com

base neste fato, foi criado um sistema de segurança instalando sensores nas portas

e janelas e câmeras de vídeos em vários locais da residência.

E a ultima automação temos o sistema de aspiração central retirará 100% do

pó aspirado, sem recircular o ar no ambiente interno da casa, eliminando ácaros,

fungos e bactérias nocivos à saúde.  Ao longo da casa serão encontradas tomadas

para conexão do sistema, que permitem a ligação da mangueira e seus acessórios,

o que proporciona uma aspiração fácil, rápida e silenciosa.

Todos os sistemas são controlados por meio do CLP (controlador lógico

programável) e monitoradas no supervisório da Indusoft (software) que esta

instalado em um computador da residência.

Onde o usuário pode controlar em forma manual ou automático todos os

processos da automação, verificando varias informações ao longo do tempo, como

relatórios, alarmes e etc. todo tipo de automação é instalada para a melhoria e

qualidade dos processos, com base em normas técnicas e de segurança.

8

Fig. 1 sistemas de automação residencial

9

2.0 SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR

A preocupação com o meio ambiente em função de intensa utilização de

derivados do petróleo e energias não renováveis provocou a busca de fontes

alternativas e renováveis que reduzam os impactos ambientais, dentre elas a

energia solar térmica.

O aproveitamento da energia solar nos dias de hoje é cada vez maior,

principalmente no que diz respeito a aquecimento solar de água para uso domiciliar.

No Brasil cujo clima predominante é o tropical, a incidência solar anual gira

em torno de 2.000 a 2.500 horas (aprox. 6 a 7 horas diárias de insolação) variáveis

de acordo com a região.

O aproveitamento desta energia é extremamente viável mesmo com a

necessidade de utilização de um sistema auxiliar elétrico ou gás para suprir as

necessidades provocadas pelo excesso de nebulosidade em algumas épocas do

ano.

2.1 Funcionamento básico do sistema solar

Um sistema básico de Aquecimento de água por energia solar é composto de

coletores solares (placas) e reservatório térmico (Boiler).

As placas coletoras são responsáveis pela absorção da radiação solar. O

calor do sol, captado pelas placas do aquecedor solar, é transferido para a água que

circula no interior de suas tubulações de cobre.

O reservatório térmico, também conhecido por Boiler, é um recipiente para

armazenamento da água aquecida. São cilindros de cobre, inox ou polipropileno,

isolados termicamente com poliuretano expandido sem CFC, que não agride a

camada de ozônio. Desta forma, a água é conservada aquecida para consumo

posterior. A caixa de água fria alimenta o reservatório térmico do aquecedor solar,

mantendo-o sempre cheio.

Em sistemas convencionais, a água circula entre os coletores e o reservatório

térmico através de um sistema natural chamado termossifão. Nesse sistema, a água

dos coletores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório.

Assim a água fria “empurra” a água quente gerando a circulação. Esses sistemas

são chamados da circulação natural ou termossifão.

10

Fig. 2 Sistema de aquecimento solar

2.2 Instalação

A instalação adequada do aparelho é condição fundamental para seu bom

funcionamento. A norma brasileira NBR 7198/93, “projeto e execução de instalações

prediais de água quente”, estabelece as exigências técnicas quanto à segurança,

economia e conforto que devem obedecer às instalações prediais de abastecimento

de água quente;

a) O reservatório deve ser alimentado pelo reservatório superior de água fria,

nunca diretamente da rede pública;

b) No caso da necessidade de pressurizar a rede hidráulica, jamais utilizar

sistema de pressurização no reservatório solar. Neste caso deve-se utilizar o

reservatório especifico;

11

c) Não instalar o reservatório solar caso o desnível entre a linha d’água (nível

máximo da caixa d’água) e a entrada de água fria do reservatório seja superior a

2,00 m. c. a;

d) O sistema de pressurização a ser utilizado no reservatório solar deve ser

do tipo hidropneumático ou bombas com pulmão;

e) A tubulação de alimentação de água fria e a de distribuição de água quente

do aquecedor devem ser de material resistente à temperatura máxima admissível da

água quente. Não utilizar tubulações em PVC comum;

f) Na opção por tubulações em PVC, recomenda-se a colocação da válvula de

segurança de temperatura (termo válvula) na instalação hidráulica conforme

orientações técnicas do fabricante do PVC. A alimentação de água fria para o

reservatório e a interligação do reservatório com os coletores deve ser executada

em cobre;

g) Não instalar o aquecedor à mesma coluna que alimenta as válvulas de

descarga;

h) Fazer a sifonagem (cavalete) antes da entrada de água fria do aquecedor

conforme esquemas de instalação;

i) É proibido o uso de válvula de retenção conforme item especifico NBR 7198

no ramal de alimentação de água fria do aquecedor na ausência do respiro;

j) Nos reservatórios solar, certificar-se da colocação da válvula de segurança

e do respiro, condições fundamentais para a segurança do seu aparelho. A válvula

de segurança é instalada na entrada de água fria do aquecedor e o respiro no ponto

mais elevado do ramal de distribuição de água quente;

l) No reservatório solar não se esquecer de fazer a tubulação de respiro cujo

ponto de conexão é no próprio reservatório. O respiro é fundamental para a

segurança do aquecedor;

m) Evitar traçados hidráulicos irregulares com altos e baixos. Estes traçados

favorecem a formação de bolsas de ar e perda de pressão;

n) Se necessário, instalar válvula desaeradora em pontos de acúmulo de

bolsas de ar;

o) Em locais onde possam ocorrer temperaturas baixas ou geadas,

recomendá-se a instalação da válvula anticongelante. Recomendá-se uma válvula a

cada dois coletores;

12

p) Isolar a tubulação de água quente em todo seu trajeto para evitar perda de

temperatura. Se tratando de tubulação aparente exposta a raios solares, proteger o

isolamento;

q) Instalar o aquecedor o mais próximo possível dos pontos de consumo para

reduzir o tempo de chegada da água quente e perdas de calor;

r) Não submeter o reservatório a pressões superiores àquela especificada na

placa de identificação do aparelho;

s) Para obtenção de pressão mínima nos pontos de consumo, o fundo da

caixa d’água fria deverá estar a pelo menos 60 cm da laje/forro no caso de

interligação dos coletores por circulação forçada. Para funcionamento por

termossifão, deverão ser obedecidas as alturas mínimas descritas nos esquemas de

instalação para termossifão. É recomendável consultar um especialista em hidráulica

para dimensionamento correto da instalação como forma de garantir a pressão

mínima nos pontos de consumo e funcionamento correto do sistema;

t) Na interligação entre reservatório e as placas coletoras, evitar sifonagem

para não prejudicar a circulação de água entre os elementos devido à formação de

bolsas de ar;

u) Observar os desníveis mínimos e distâncias horizontais máximas entre os

elementos no caso de instalação por termossifão (circulação natural) para que a

circulação natural não fique prejudicada;

v) As placas coletoras devem estar voltadas para o Norte e respeitar o ângulo

de inclinação recomendável para cada região;

x) Antes de utilizar seu aparelho pela primeira vez, verifique se a ligação

elétrica e hidráulica está de acordo com as especificações;

z) Antes de encher o aquecedor, abram primeiro todas as torneiras de água

quente, inclusive a do chuveiro. Em seguida, abra o registro de entrada de água fria

do aquecedor. À medida que começar a sair água pelas torneiras, fechá-las

lentamente. Esta operação visa eliminar o ar da tubulação.

13

2.3 Características técnicas

Fig. 3 Reservatório 400 Litros e Placas Coletoras

2.3.0 Reservatório solar de 400 litros (Boiler)

Fig. 4 Reservatório 400 litros

14

2.3.1 Tabela Técnica

Fig. 5 Tabela de dimensionamento do Boiler

2.3.2 Coletores (Placas) Solares

Fig. 6 Coletor Solar 1.070 x 1.737 mm.

15

Fig. 7 Tabela de dimensionamento do Coletor

2.4 Princípios de funcionamento técnico

2.4.0 Termossifão (Circulação Natural)

A circulação da água pelos coletores se dá pela variação de densidade entre

a água fria contida no reservatório e na tubulação que alimenta os coletores e a

quente produzida por estes, fazendo com que a água fria mais pesada e a quente

mais leve, circule naturalmente. Este processo chama-se convecção.

Algumas regras básicas devem ser seguidas na instalação operando por

termossifão:

2.4.1 Localização dos equipamentos:

O coletor solar deverá estar localizado em nível inferior ao reservatório

térmico, para que a água mais aquecida sempre escoe para armazenamento. Para

que seja evitada circulação inversa nos períodos sem insolação, o fundo do

reservatório térmico deverá estar no mínimo 30 cm acima da aresta superior do

coletor.

2.4.2 Alimentação de água fria:

Recomenda-se que o fundo da caixa d’água fria esteja pelo menos 10 cm

acima do reservatório térmico, para que haja pressão suficiente nos pontos de

consumo.

16

2.4.3 Interligações hidráulicas:

A força que faz com que haja circulação da água entre os elementos é

pequena no sistema de funcionamento por termossifão, portanto o atrito no

escoamento deve ser minimizado evitando excesso de conexões e pontos de

sifonagem que possam formar bolsas de ar, causadoras da interrupção da

circulação por termossifão.

Isolar a tubulação em todo seu trajeto para evitar perdas de temperatura;

Colocar registros de gaveta em todas as partes hidráulicas que necessitem

ser isoladas hidraulicamente e uniões nas partes que necessitem ser

desconectadas.

2.5 Dimensionamento

Para dimensionar um sistema de aquecimento solar além do consumo diário,

deve-se levar em consideração o local da instalação e a região onde será instalado.

O mau posicionamento dos coletores e um dimensionamento abaixo das

necessidades diárias podem reduzir a eficiência do sistema aumentando a

freqüência de acionamento do auxílio elétrico, como conseqüência eleva-se o custo

de operação.

2.5.0 Exemplo de consumo residencial

Considerando uma residência com 4 pessoas com água quente em 2

banheiros, cozinha e uma banheira de 250 litros. Para calcular o volume do

reservatório vemos o exemplo a seguir.

2.5.1 Cálculo da capacidade mínima do reservatório

50 l/pessoa x 4 pessoas = 200 litros.

Cozinha = 50 litros

Banheira 50 % volume = 125 litros

Consumo diário total = 325 litros

Capacidade mínima do reservatório = 400 litros

17

2.5.2 Cálculo do número de placas coletoras

Para aquecer 100 litros d’água de 20 a 60 °C por dia necessita-se de 139,53

kWh/mês. Portanto, a quantidade de energia mensal necessária para aquecer os

400 litros de água será: q = 4 x 139,53 = 558,12 kWh/mês. Na opção pelos coletores

Super 200 temos 558,12 / 148,86 = 3,75, ou seja, são necessários 4 coletores Super

200 para aquecer o reservatório de 400 litros.

O fator determinante para definição do número de coletores a ser utilizado

para um determinado reservatório é a produção de energia que cada coletor

fornecerá no mês.

Quanto maior a produção de energia mensal de um coletor solar, menor o

número de coletores a ser utilizado. Dependendo da região do país e da insolação, o

número de coletores a ser utilizado poderá ser menor do que o definido no exemplo

acima.

2.6 Orientação

Os coletores devem estar voltados para o Norte. Uma variação da ordem de

20° para Leste ou Oeste não traz uma perda muito grande de eficiência, mas

desvios superiores devem ser evitados devido à redução do aproveitamento do

sistema durante o inverno. Nestes casos, pode ser necessário aumentar o número

de coletores para compensar esta variação.

Fig. 8 Orientação dos coletores

2.7 Instalação hidráulica

18

Para instalar o aquecedor, recorra a serviços de instalação habilitados, que

sigam corretamente a NBR-7198 “Projeto e execução de instalações prediais de

água quente” da ABNT e Legislações Específicas Locais.

A alimentação do aquecedor deve ser direta da caixa d’água potável e

executada em material resistente à temperatura máxima admissível da água quente,

preferencialmente cobre.

É necessário que se faça a sifonagem (cavalete) na ligação de entrada de

água fria do reservatório. A falta da mesma facilita o retorno de água quente para a

coluna de alimentação de água fria. Esta canalização deve ser provida de registro de

gaveta sendo proibida a instalação de válvula de retenção na ausência do respiro.

Deve-se isolar a tubulação de água quente em todo seu trajeto a fim de

minimizar as perdas de calor para o ambiente. A isolação pode ser feita por meio de

polietileno expandido, lã de vidro ou materiais similares. Quando se tratar de

tubulação aparente e exposta a raios solares, deve-se proteger o isolamento.

2.8 Transmissor de temperatura do reservatório solar

Deve ser instalada na parte superior do reservatório onde possui a água mais

quente para registrar a temperatura da água no reservatório controlada pelo clp

onde o usuário estabelece no sistema o set point ideal.

Fig. 9 Transmissor de temperatura

2.9 Fluxograma de Controle do Sistema Solar

19

2.10 Manutenção

Para evitar o acúmulo de sedimentos no reservatório e manter sua eficiência,

escoar a água uma vez por mês em cerca de 20 litros pelo dreno de limpeza e uma

drenagem total a cada 6 meses;

Lavar periodicamente a superfície de vidro das placas coletoras para eliminar

a poeira acumulada. O acúmulo de sujeira reduz a produção de energia das placas

em função do bloqueio dos raios solares;

Revisar os componentes elétricos pelo menos uma vez por ano;

Se o aquecedor permanecer sem uso, renovar semanalmente a água

armazenada;

Não testar o equipamento com água suja ou com detritos, providenciar a

limpeza da tubulação antes instalar o aquecedor;

Na existência da válvula anticongelante para proteção das placas coletoras

(regiões com incidência de baixas temperaturas), retirá-las e efetuar a limpeza das

mesmas antes do inverno.

2.11 Circuito elétrico de comando

BOBINACONTADOR

PLC

SUPERVISÓRIO

SWITCH

TRANSMISSORDE

NÍVEL

TRANSMISSORDE

TEMPERATURA

20

RESISTÊNCIA CHUVEIRO

2.12 Circuito elétrico de carga

2.13 Circuito elétrico em linguagem Ladder do sistema solar

21

22

2.14 Benefícios da energia solar

A preocupação com o aquecimento global e a preservação do meio ambiente,

retratada pelos meios de comunicação de massa no Brasil, estão trazendo uma

conscientização muito acentuada em todas as camadas sociais, aumentando a

utilização de fontes renováveis de energia, dentre elas a energia solar.

23

O uso da energia solar como sistema de aquecimento tem como principal

finalidade reduzir os custos referentes à utilização de sistemas convencionais como

o elétrico e o gás.

Sendo uma energia limpa, gratuita e ecologicamente perfeita, não trazendo

nenhum tipo de agressão ao meio ambiente.

24

3.0 CÁLCULO DO VOLUME DE LÍQUIDO DE UM CILINDRO NA HORIZONTAL

Vamos estudar aqui a solução de um problema comum em reservatórios

térmicos, postos de gasolina ou locais com recipientes cilíndricos deitados. O

problema visa calcular o volume do líquido contido no cilindro deitado com

comprimento igual a L e altura do líquido igual a h.

Porém a curva importante no caso será uma elipse e a mudança de variável

dependerá dos parâmetros desta curva.

Cálculo Diferencial e Integral. Este problema será reduzido ao cálculo da área

da região sombreada no círculo, uma vez que para este cilindro a área da seção

transversal é sempre a mesma.

Para o cálculo da área, usaremos o conceito de Integral de uma função real.

Primeiramente iremos construir a circunferência de raio r com centro no ponto

(0, r) e identificaremos esta região sombreada como a região localizada dentro do

círculo, acima da reta y=0 e abaixo da reta y=h, onde h é a altura do líquido. A

equação da circunferência será dada por:

25

A área da região sombreada será obtida pela integral definida:

Onde a função que está sob o sinal de integração, definida por:

Tem por domínio o intervalo [0,2r]. A área será obtida pela integral:

Outro modo de abordar o problema é pelo uso das Regras Trapezoidal e de

Simpson, que fornecem resultados aproximados bastante confiáveis. Estas regras

são também aplicações do Cálculo Diferencial e Integral.

Calcularemos a integral indefinida, sem usar a constante de integração, pois

no trabalho com a integral definida esta constante é dispensável.

Com a substituição y=r+rsen (u), obtemos uma forma mais fácil para a

integral. Tal substituição provém do triângulo retângulo tendo a hipotenusa com

medida igual a (r) e o cateto oposto ao argumento (u), com medida igual a (y-r).

Dessa forma, fica fácil obter o cosseno do argumento (u) com a relação

fundamental da Trigonometria:

cos2(u) + sen2(u) = 1

E com esta relação, obtemos:

26

Como y=r+r.sen(u) e dy=r.cos(u).du poderá substituir estas informações na

integral indefinida abaixo, para obter:

Ou seja:

E voltando às variáveis originais, temos:

Temos então a "fórmula" que fornece a área em função da altura h e do raio r

do cilindro, obtida em função desta última integral.

O volume de líquido é obtido pela multiplicação de A(h) por L, isto é:

27

VOLUME = A(h) x L

4.0 PROGRAMA EM LINGUAGEM “C”

4.1 Cálculo do volume de líquido de um cilindro na horizontal

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

// r = raio da base do cilindro

// h = altura do liquido

// L = comprimento do cilindro,

// A = area

// V = volume

/*

var r=parseFloat(form.entrada1.value);

var L=parseFloat(form.entrada2.value);

var h=parseFloat(form.entrada3.value);

var p=Math.PI;

var d=h-r;

var q=Math.asin(-d/r);

var w=Math.sqrt(r*r-d*d);

var A=p*r*r/2-r*r*q +d*w;

var V=A*L/1000;

*/

int main(int argc, char *argv[])

{

// r = raio da base do cilindro

float r = 0.0;

// h = altura do liquido

float h = 0.0;

// L = comprimento do cilindro,

float L = 0.0;

// A = area

float A = 0.0;

// V = volume

float V = 0.0;

28

printf("Entre com raio: ");

scanf("%f",&r);

printf("Entre com comprimento: ");

scanf("%f",&L);

printf("Entre com a altura do liquido: ");

scanf("%f",&h);

//PI

float PI = 3.1415926535897932384626433832795;

float d = h - r;

float q = asin(-d/r);

float w = sqrt(r*r-d*d);

A = PI * r * r / 2 - r * r * q + d * w;

V = A*L/1000;

printf("Area =m2 %f\nVolume =m3 %f\n\n",A,V);

system("PAUSE");

return 0;

}

29

5.0 CISTERNA

O princípio é captar água de chuva antes que chegue ao solo, para evitar sua

contaminação e utilizá-la de múltiplas formas após o tratamento adequado.

Igualmente importante, sobretudo nas áreas urbanas, é a retenção temporária.

A chuva do telhado fica retida numa cisterna, e a parte que não for

aproveitada será liberada de forma controlada, evitando alagamentos.

O sistema de captação, filtragem e armazenamento de água de chuva, com

as novas tecnologias, é indicado para utilização residencial, em condomínios ou em

instalações industriais e comerciais. O sistema é ambientalmente correto, prático,

econômico.

Fig. 10 Sistema de cisterna

O sistema é eficiente e confiável, é uma nova maneira de economizar água e

dinheiro, além de enfrentar problemas trazidos pela urbanização, como o risco de

desabastecimento, racionamento, e amenizar os efeitos da impermeabilização do

solo, como alagamentos e inundações.

30

5.1 O funcionamento básico da Cisterna

O sistema prevê a utilização do telhado e calhas como captadores da água de

chuva, que é dirigida para um filtro e levada para a cisterna.

Para evitar que a sedimentação do fundo da cisterna se misture com a água,

esta é canalizada até o fundo, onde por meio de um "freio d'água" ela brota sem

causar ondulações. Estocada ao abrigo da luz e do calor, a água se mantém livre de

bactérias e algas. Outra parte do sistema cuida de sugar a água por meio da bomba

sapo um pouco acima do fundo da cisterna para não movimentar eventuais

resíduos.

5.2 Descrição do funcionamento do sistema da Cisterna

Na figura 01, podemos ver o diagrama e seguido o seu funcionamento.

Quando o nível do depósito nº. 1, estiver no mínimo (LSL), isto é, em 20% a

bomba sapo da cisterna receberá um bit de liga do PLC e dando seqüência o

enchimento do depósito nº. 1, até que chegue ao set point do controlador de nível

(PLC), e venha a desligar a bomba sapo, se porventura esse nível ultrapassar

demais o valor desejado (set point), em 90% (LSH) dará um alarme sonoro e escrito

em tela do supervisório para que perceba que o sistema de controle esteja em alerta

para ver o que está acontecendo.

Também é o mesmo caso para o nível baixíssimo (LSLL) de 10%, chegando a

esse valor emitirá um sinal de alarme sonoro e escrito na tela do supervisório.

Lembrando que o transmissor de nível (LIT), que estará instalado no depósito n° 1 é

um sinal eletrônico de 4 – 20 mA que operará proporcionalmente ao nível d’água

com escala de 0 a 100%. Seu range é linear a altura do depósito.

O nível da cisterna será operado com relé de eletrodo, que será ajustado

manualmente em sua sensibilidade eletronicamente.

Quando o nível da cisterna estiver baixo, automaticamente a bomba não

deverá ser ligada por motivo de entrada de ar ou danificá-la.

Também emitirá um sinal de alarme sonoro e escrito na tela do supervisório,

mesmo que o depósito n° 1 estiver necessitando de água ao ponto de estar vazio.

Se existir a situação do depósito n° 1 e a cisterna estiverem vazios, o depósito

n° 2 que estará sempre cheio (água da rua), existirá um intertravamento para que a

31

válvula solenóide se abra para encher o depósito n° 1 somente e quando atingir o

nível do set point, enviará um sinal elétrico para que a válvula solenóide venha a

fechar.

O depósito nº. 2 ficará mais alto do que o depósito n° 1 por causa da

instalação da válvula solenóide onde a água descerá por gravidade.

Fig. 11 Sistema de cisterna da residência

32

5.3 Lista de materiais:

Existem dois depósitos de 1000 litros de água sobre o estuque da casa em

desnível.

Depósito n° 1 será utilizado para a água da chuva (água não potável).

Depósito n° 2 será utilizado para a água potável (água da rua).

Uma válvula solenóide de duas vias.

Uma válvula de retenção para que não enche a cisterna com água

potável.

Um transmissor de nível do protocolo Hart, para monitorar e controlar o

nível do depósito da água da chuva.

Um relé de eletrodo para o nível da cisterna.

Tubulações PVC e Cabos Elétricos.

Uma bomba Sapo.

5.4 Fluxograma de controle de nível do reservatório de serviço (n°1)

5.5 Descrição de instrumentos

A “Válvula Solenóide” de duas posições e duas vias 220 V., funciona como

um registro de gaveta só que com acionamento automático, no caso será instalada

uma válvula solenóide entre o reservatório n° 1 e o reservatório n° 2, acionado pelo

VÁLVULA

SOLENÓIDE PLC

SUPERVISÓRIO

BOMBA

SWITCH

ALARMENÍVELALTO

TRANSMISSORDE

NÍVEL

ALARMENÍVELBAIXO

33

CLP quando registrar o nível mínimo da Cisterna indicado pelo transmissor de nível

que se encontra na Cisterna.

Fig. 12 Válvula Solenóide

A “Bomba Sapo” com função de deslocar a água, alimentada por tensão 220

v, é instalada na Cisterna para drenar a água da chuva para o reservatório n° 1, ela

é acionada por meio do clp quando registra a informação de nível mínimo no

reservatório n°1 e desligando quando registrar o nível máximo.

Fig. 13 Bomba Sapo

34

O “Relé de nível” on/off é usado para transmitir o volume ou nível de líquido

existente em um reservatório. Em nosso sistema ele foi instalado na Cisterna onde

registra o nível mínimo e máximo de água encontrado dentro da Cisterna, com base

nestas informações o CLP pode ligar ou desligar a válvula solenóide.

Fig. n°14 Relé de nível

O “transmissor de nível” de 4 a 20 mA. Tem basicamente a função de

transmitir dados de volume da água ao CLP para manter o supervisório atualizado,

esta ligado ao sistema em 24 vcc.

Fig. n°15 Transmissor de nível

35

A “Fonte de alimentação” 24 vcc usada para transformar a tensão elétrica da

residência para alimentar os instrumentos de automação aqui usados.

Fig. n°16 Fonte de Alimentação: 220vca / 24vcc

5.6 Instalação e manutenção

Antes da instalação do sistema, é feito um estudo dos índices pluviométricos

da região, da capacidade de captação do telhado e do tamanho ideal da cisterna de

armazenamento. Baseado nesses cálculos é dimensionado o equipamento,

composto basicamente de um filtro (retira folhas e outros detritos), um freio d’água

(tira a pressão da água, que assim não revolve a sedimentação do fundo da

cisterna), conjunto flutuante (faz com que sempre a água mais limpa seja bombeada

para a caixa d'água) e o sifão-ladrão (retira as impurezas da superfície da água,

bloqueia odores vindos da galeria e impede a entrada de roedores).

A manutenção do equipamento é simples. Basicamente, consiste em fazer de

duas a quatro vistorias anuais no filtro. Para tanto, basta abrir a tampa do filtro,

puxar o miolo, feito em aço inox, e verificar se a tela está suja. Depois basta soltar

dois parafusos e lavar a tela com água.

5.7 Aproveitamento do sistema

O sistema pode ser aplicado tanto em residências em construção (pode ser

feito um sistema paralelo ao da água da rua) e incluir o uso em descarga de

banheiros, lavagem de roupa e torneiras externas, como em casas já construídas.

Onde não se quer ou não for possível mexer nas instalações existentes, é

36

possível aproveitar a água de chuva para jardins, piscina, limpeza de calçadas, lavar

carros, entre outros usos.

5.8 Circuito elétrico de comando da cisterna

5.9 Circuito elétrico de carga da cisterna

37

5.10 Sistema elétrico do hardware do PLC

5.10.0 Entrada analógica (slot 01)

38

5.10.1 Entrada digital (slot 02)

39

5.10.2 Saída digital (slot 03)

40

5.10.3 Ladder 2 (ciclo automático e manual da Cisterna)

41

42

43

6.0 SISTEMA DE MONITORIZAÇÃO

Foi instalado um sistema de monitorização na residência com 4 câmeras de

capturas de imagens conectadas a um sequencial e este está conectado a placa do

computador. As imagens são transmitidas na tela do monitor podendo o usuário ligar

e desligar a câmera desejada e o sequencial, a função QUAD transmite a imagens

de 4 câmeras ao mesmo tempo no monitor.

As imagens podem ser gravadas e armazenadas no próprio computador. Foi

criado um tag chamado Menu no supervisório para ter acesso ao menu do

sequencial este tag executa o software instalado na maquina para que o usuário

defina sua própria configurações tanto o modo manual ou automático, de gravar

imagens e seu tempo de gravação, números de câmeras, e varias outras funções.

Fig. 17 Dispositivos de monitorização

6.1 Características principais

6.1.0 Tempo real de transmissão de imagem de alta resolução digital

Suportando até 4 imagens na tela em transmissão em tempo real e com

grande números de pixel gerando uma imagem mais definida.

44

6.1.1 Chaveamento seqüencial automático

Imagens em tela cheia podem aparecer no monitor do supervisório em ordem

seqüencial nos modos automático ou manual, e imagens divididas em quatro podem

ser selecionadas manualmente ou inseridas no chaveamento automático. Este

chaveamento irá pular as câmeras que não estiverem ativadas.

6.1.2 Sincronização automática

Qualquer entrelaçamento pode ser usado com câmeras, vídeos cassetes,

seqüenciais, monitor do computador, etc. Sem a necessidade de qualquer

sincronização externa para quatro sinais de vídeo. O usuário por meio do

supervisório pode ligar as câmeras de captura de vídeo instaladas em pontos

estratégicos na residência

6.1.3 Linha de borda para quatro imagens

Uma linha de borda de cor preta está inserida para ajudar na divisão da tela

quando usar o modo quádruplo.

6.1.4 Divisão em quatro / tela cheia

Quatro imagens de câmeras podem ser mostradas simultaneamente em um

monitor, divididas em quatro blocos e qualquer uma destas imagens podem ser

mostradas em tela cheia no monitor do sistema do supervisório através de seleção

manual.

6.1.5 Detecção de perda de sinal de vídeo

Durante a perda de entrada de vídeo devido ao desligamento de uma câmera

ou desconexão de um cabo, o quadrante correspondente na tela, fica escuro, a

borda do quadrante pisca e a mensagem VD LOSS acende, emitindo também um

sinal de alarme no sistema do supervisório.

45

6.2 Painel frontal do sequencial

Fig. 18 Painel frontal do sequencial

1 – Botão VCR

Pressione para entrar no modo VCR

2 - Botão MENU

Pressione para entrar no Menu

3 - Botão AUTO

Aciona o seqüencial automático

4 – Botões de 1~4

Modo normal: seleciona as câmeras manualmente

Modo de configuração: 1 move o cursor para cima, 2 move o cursor

para baixo, 3 move o cursor para esquerda, 4 move o cursor para

direita.

5 – Botão Quad

Modo normal: seleciona a visualização em Quad.

Modo de configuração: entra no submenu e altera itens do menu e

submenu.

6.3 Painel traseiro

Fig. 19 Painel traseiro do sequencial

46

1 - Conectores de entrada de câmera (câmera 1~4)

Os sinais de vídeo das câmeras individuais são fornecidos pelos

conectores de entrada de câmera de 1 a 4.

2 - Conector de saída de vídeo

O sinal quádruplo de imagem ou sinal normal é obtido deste conector,

o sinal de saída (1Vp~p / 75) é enviado ao monitor por um cabo

coaxial.

3 – Conectores de entrada e saída para VCR

Para obter gravação e reprodução das imagens conecte o VCR IN do

Quad com o VCR OUT do gravador e o VCR out do Quad com o VCR

IN do gravador.

4 – Alimentação do Aparelho

Conecte uma fonte de 9vcc/ 600ma.

6.4 Configurações do menu

Pressionando a tecla MENU, abre o MENU principal na tela (MAIN MENU).

Utilize as teclas das câmeras 1 ou 2 para selecionar um item do menu ou submenu e

a tecla QUAD para entrar, alterar ou modificar o item selecionado.

Fig. 20 tela do menu do sequencial

47

7.0 SITEMA DE SENSORES (PORTAS E JANELAS) DA RESIDÊNCIA

Neste sistema os sensores foram instalados em portas e janelas da

residência de acordo com o projeto preocupando com os possíveis locais de acesso

a residência, foram usados sensores magnéticos por meio de fiação embutida

ligadas e uma Sirene externa instalada na parte superior da residência ao módulo

digitais do CLP e controladas no supervisorio pelo usuário.

O funcionamento do sistema no supervisorio possui tag de liga e desliga dos

respectivos sensores instalados em diferentes pontos da residência ou pode acionar

todos os sensores ao mesmo tempo por outro tag criado, lembrando que existe um

tempo de acionamento dos sensores apos li galos e desligados para que o usuário

tenha tempo estipulado pelo usuário de sair ou entrar na residência.

Apos o tempo percorrido estipulados os sensores estarão em funcionamento

e qualquer tentativa de abertura das portas ou janelas será acionado a Sirene

externa e um sinal de alerta no supervisório.

Fig. n°21 Projeto de instalação de sensores na residência

48

O “sensor de magnético” para portas e janelas, sendo instalados por meios de

parafusos ou colantes e ligados ao sistema com alimentação continua.

Fig. n°22 Sensor

Fig. n°23 Sirene externa

49

7.1 Ladder 3 do sistema de sensores e câmeras

50

8.0 SISTEMA CENTRAL DE ASPIRAÇÃO

A limpeza pode ser feita sem precisar empurrar, puxar ou carregar

equipamentos pesados nem trocar filtros de pó. Uma Central de Aspiração é o

coração do sistema, podendo ser instalada na garagem, num quarto de depósito ou

na área de serviço, locais que tornam seu funcionamento imperceptível nas áreas

internas. Assim, o nível de ruído emitido é insignificante, não incomoda e a limpeza é

feita em qualquer lugar ou horário, enquanto que o aspirador convencional, quando

ligado, torna impossível ouvir música, assistir à TV ou falar ao telefone.

Fig. 24 Tomada de aspiração

A central fica ligada a várias tomadas de aspiração, através de uma rede de

tubos PVC instalados, durante a fase de construção, no interior das paredes, em

cima dos forros ou sob o piso, ao mesmo tempo em que é dimensionada e

construída a rede de água e eletricidade.

Para ligar, basta conectar uma mangueira (25% mais leve que a utilizada nos

aspiradores portáteis) numa dessas tomadas de aspiração e aspirar carpetes, pisos,

assoalhos, paredes, cortinas, lustres, móveis etc. O pó, a sujeira, os ácaros e outras

bactérias são fortemente aspirados para o depósito de lixo localizado na central

51

instalada fora de casa, podendo ser removido e esvaziado de duas a três vezes por

ano. Este sistema é totalmente aprovado e recomendado por médicos

alergologistas, a inovação do sistema retira 100% do pó, sem recirculá-lo dentro de

casa, evitando doenças respiratórias e alergias causadas pela poluição.

O preço da central de aspiração começa em R$ 4.000,00, e um sistema de

porte médio completamente instalado, já com a tubulação de PVC deve custar

aproximadamente R$ 8.000,00.

8.1 Funcionamento do sistema central de aspiração

O Sistema de Aspiração Central é instalado a partir de um projeto com

quatros pontos de tomadas e um motor central. Onde definimos a localização de

cada um no projeto mostrado na figura n° 25 logo abaixo, assim como o

encaminhamento da rede de tubulação. A tubulação de PVC juntamente com o

conduíte para a fiação de comando do equipamento central é instalada nas paredes

e forros do imóvel interligando as tomadas de aspiração com o equipamento central.

Fig. n° 25 Projeto da central de aspiração

52

8.2 Tabela de especificação técnica da central de aspiração “modelo 2400”

Modelo 2400Garantia (comercial / residencial) (anos) 2 / 5

Tipo de motor 2 estágiosAmpéres (A) 5Tensão (V) 220

Potência (W) 1,200Fluxo de ar (l/s) 50Vácuo (mmH2O) 2,718

Peso (Kg) 10.9Bitola do circuito de alimentação 3 x 2,5 mm

Proteção no painel elétrico (disjuntor) 15 ADimensões (altura x diâmetro) (cm) 86 x 30

Nicho ventilado para instalação (h x l x p)

(cm)

150 x 60 x 45Capacidade do recipiente de pó (l) 18

Método de filtragem (primário / secundário) sep. ciclônica / elem.

filtranteExaustão para área externa opcional

Fig. 26 Tabela técnica da central

Fig. n° 27 Motor da central de aspiração

8.3 Ladder 4 do sistema de aspiração central

53

8.4 Vantagens

Têm poder de sucção até 5 vezes superior aos aspiradores

convencionais.

Evita arrastar equipamentos pesados e fios pelos ambientes.

O equipamento fica instalado na área de serviço, garagem ou casa de

máquinas.

Possui grande variedade de acessórios específicos para facilitar a

limpeza.

Elimina a micro poeira e os ácaros, pois não recircula o ar aspirado.

Agrega valor ao seu imóvel.

9.0 SUPERVISÓRIO “INDUSOFT”

54

O que é um sistema supervisório?

É um sistema de hardware e software que permite ao operador ter

informações em tempo real (online) de um processo.

Quais informações?

Estado operacional de um equipamento;

Valores de variáveis de um processo;

Alarmes;

Relatórios;

Gráficos de tendência, etc.

A automação residencial e industrial tem crescido continuamente devido à

necessidade de substituir os antigos métodos de controle manual pelos cientes,

métodos de controle automatizados.

Neste contexto, a utilização de um hardware de controle possibilita

armazenamento de dados do processo e, associada às técnicas de controle atuando

sobre ele, dá um maior grau de confiabilidade ao seu funcionamento.

Todavia, sempre que é preciso acessar esses dados é necessário um contato

direto com o hardware de controle, o que pode se tornar um trabalho custoso

quando os equipamentos operam em locais distantes ou de difícil acesso. Assim,

surge a necessidade de tornar os dados disponíveis remotamente.

Os sistemas supervisórios suprem essa necessidade, pois permitem coletar

dados do processo, além de monitorá-lo e atuar sobre ele com algum controle em

nível de supervisão. Para executar essas tarefas o sistema supervisório deve utilizar

algum sistema computacional, ou software de supervisão, que seja capaz de se

comunicar com o processo indiretamente através do hardware de controle.

Quando estes dois elementos que precisam se comunicar utiliza algum

protocolo de comunicação privado, normalmente de propriedade do fabricante do

hardware de controle, é gerada uma relação de dependência do software em relação

ao hardware, comprometendo o sistema supervisório no sentido de que ele só será

capaz de supervisionar processos automatizados que utilizam um único tipo de

equipamento de controle.

A figura abaixo mostra uma interface de sistema de controle de supervisão

criado com o software Indusoft.

55

Fig.28 Tela do supervisório do aquecedor solar e cisterna (Indusoft).

Fig.29 Tela do supervisório de sensores e câmeras de vídeo (Indusoft).

10.0 REDE ETHERNET

56

A rede Ethernet/Ip foi projetada para atender as suas necessidades, é um

padrão aberto de rede residencial e industrial que utiliza chips de comunicação e

meios físicos comercializados atualmente.

Este é o tipo de comunicação usado no sistema de automação residencial

descrito neste projeto entre o CLP e o supervisório aqui relatado.

Ao usar a tecnologia Ethernet, você não está somente trabalhando com a

tendência comum em tecnologia atual, mas também têm a capacidade de acessar

dados ao nível de equipamentos, provenientes da Internet.

A alta demanda de aplicações de controle compatíveis com Ethernet conduziu

o design e a criação do Ethernet/IP. Esse padrão de rede dá suporte para a

transmissão implícita (mensagens de E/S em tempo real) e explícita (intercâmbio de

mensagens).

Normalmente, uma rede Ethernet/IP usa uma topologia em estrela ativa, em

que os grupos de dispositivos são conectados ponto a ponto a um switch. A

vantagem de uma topologia em estrela reside em seu suporte a produtos de 10 e

100 Mbps. Você pode combinar dispositivos de 10 e 100 Mbps e o switch Ethernet

negociará a velocidade. Além disso, a topologia em estrela oferece conexões de

fiação simples, facilidade de depuração ou localização de falhas e também de

manutenção.

O Ethernet/IP foi projetado para manipular grande quantidade de dados de

mensagem – até 1500 bytes por pacote.

11.0 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO LADDER E PLC

57

O Ladder é uma das linguagens de programação para configuração de CLP

mais usada, principalmente em automação residencial e industrial.

Na maior parte dos controladores lógicos possui uma estrutura que se permite

ao usuário configurar seu software e esta configuração se dá por meio de uma

linguagem de programação, e uma delas é o Ladder que é utilizada mundialmente

entre os profissionais da área.

Os sistemas aqui citados foram todos programados em Ladder, de acordo

com o funcionamento dos dispositivos, tanto para os módulos ou slot de saídas

como entradas analógicas e digitais.

11.1 PLC 500 (controladores lógicos programáveis) e módulos de entrada e

saída analógicas e digitais da Allen Bradley

Fig. n° 30 PLC completo

11.2 Setpoint

É o valor desejado da variável de processo quando o controlador está

ativado. É ajustado pelo usuário, na programação do CLP na linguagem Ladder.

12.0 CONCLUSÃO

58

Por meio deste trabalho acadêmico abordamos algumas idéias de sistema de

automação residencial diante de nossos conhecimentos adquiridos ao longo de

nossa jornada.

Assim relatamos que a tecnologia em automação traz benefícios a o homem e

a o meio ambiente, trazendo uma redução no consumo de energias não renováveis

como foi relatado ao longo do projeto.

O sistema de aquecimento solar e o sistema de cisterna são algumas dessas

idéias, podendo ser modificadas em outros estudos de forma que a melhoria possa

atingir a grande massa da sociedade para benefício de todos, isto é, para que todos

possam ter em sua residência maior conforto e menos perdas, aumentando seu

orçamento com auxilio de fontes de energias renováveis como o Sol, chuva, vento, e

muitas outras fontes.

O conhecimento da tecnologia auxiliado ao meio ambiente de forma

responsável pode trazer benefícios a todos.

13.0 REFERÊNCIAS

59

• INDUSOFT, Programa de treinamento básico, tutorial indusoft, 25 de

Novembro de 2004.

Disponível em: <http://www.indusoft.com>

• HASCO ELETRONICA LTDA., Produtos elétricos, São Paulo, SP, Brasil.

Disponível em: <http://www.hasco.com.br>

• ACTIVESEG LTDA., Sistemas de segurança, São Paulo, SP, Brasil.

Disponível em: <http://www.active.com.br>

• SOLETROL LTDA., Aquecedores solares, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Disponível em: <http://www.soletrol.com.br>

• AURISED - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL.

Disponível em: <http://www.aurised.org.com.br>

• ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.

• GUIA DE NORMALIZAÇÃO PARA APRESENTAÇÃO DE TRABALHOS

ACADÊMICOS, São Paulo, 2007.

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