Avaliação: 1º Ciclo

Como estabelecido no Capítulo 3 – Materiais e Métodos, a avaliação do 1º Ciclo do protótipo, explanada nesta subseção, foi realizada através de Testes (Funcionais e Estruturais)

durante seu desenvolvimento e, no momento de instanciação piloto, por meio de Avaliação Experimental (Experimento Controlado) e Avaliação Descritiva baseada em Cenários.

Os Testes Funcionais envolveram a calibração dos sensores e a validação do Circuito Integrado CI TC4051. A calibração dos sensores SCT-013-020 foi realizada com uso do Amperímetro ET-3711 da Minipa, considerando-se a margem de erro de 10% na equivalência entre as leituras do protótipo e do amperímetro. Inicialmente, foram empregados diversos valores atribuídos às constantes de calibração da biblioteca EmonLib, almejando que as leituras entre sensor e amperímetro estivessem dentro da margem de erro estabelecida. A Tabela 1 apresenta o exemplo de calibração da Luminária 01 nesta etapa, após verificação de leitura de 5 valores de corrente alternada. A margem de erro destes valores atingiu uma ordem de variação de 6,90% a 10,34%, estando acima do limite de validação estabelecido.

Tabela 1 - Exemplo de Calibração da Luminária 01

APLICAÇÃO DESCRIÇÃO _AMPERÍMETRO LEITURA NO LEITURA NO _PROTÓTIPO MARGEM DE _ERRO VALIDAÇÃO

Componente Luminária 01 0,28 0,26 7,14% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,29 0,27 6,90% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,29 0,27 6,90% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,29 0,26 10,34% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,29 0,27 6,90% Prosseguir

Fonte: A autora.

Posteriormente, as constantes de calibração foram corrigidas para reduzir a margem de erro de equivalência para valores inferiores a 5%, buscando adequação ao limite de validação estabelecido e maior proximidade entre o amperímetro e o protótipo. A Tabela 2 apresenta o exemplo desta correção para a Luminária 01. Como todas as luminárias do laboratório possuem a mesma especificação e agregam as mesmas lâmpadas, a calibração aplicada à Luminária 01 foi estendida às demais e aferida com o amperímetro. Estes procedimentos asseguraram a maior precisão do protótipo nas medições.

Tabela 2 - Exemplo de Correção da Calibração da Luminária 01

APLICAÇÃO DESCRIÇÃO _AMPERÍMETRO LEITURA NO LEITURA NO _PROTÓTIPO MARGEM DE _ERRO VALIDAÇÃO

Componente Luminária 01 0,29 0,29 0,00% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,30 0,29 3,33% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,30 0,29 3,33% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,29 0,29 0,00% Prosseguir

Componente Luminária 01 0,30 0,29 3,33% Prosseguir

Por sua vez, a validação do circuito integrado como componente de hardware (Figura 53) correspondeu à verificação de desempenho das medições, após o uso do CI TC4051.

Figura 53 - Protótipo após Introdução do CI TC4051 para Testes Funcionais

Fonte: A autora.

Inicialmente, estabeleceu-se uma faixa ideal de operação32 de 49W a 60W para cada luminária monitorada quando ligada, baseada no fator de potência da lâmpada. Na sequência, avaliou-se a interferência entre os sensores nas medições. A princípio, as medições, após introdução do CI TC4051, registraram valores superiores ao estabelecido para cada luminária, como observado no gráfico da esquerda na Figura 54. Constata-se que os valores de leitura superiores e inferiores da Luminária 02 e Luminária 03 referem-se a falhas operacionais visualizadas no local – independente do CI TC4051. Logo, considerando como referência as Luminárias 01, 04, 05 e 06, foi necessário realizar intervenções nos intervalos de tempo de medição entre cada sensor SCT-013-020 do protótipo e aferi-los separadamente com o amperímetro. Após esses procedimentos, os valores obtidos nas medições tornaram-se mais estáveis e adequados à faixa de operação estipulada, como apresentado no gráfico da direita na Figura 54.

32 _{A faixa ideal de operação, definida como indicador de desempenho, foi obtida através do produto entre a}

potência nominal da lâmpada e seu fator de potência, sendo ao resultado incorporada a margem de erro de 10% informada pelo fabricante YHDC.

Figura 54 - Valores de Medição dos Sensores SCT-013-020 após Uso do CI TC4051

Legenda: Valores acima da faixa de operação definida (Esquerda); Valores corrigidos em código (Direita) Fonte: A autora.

O emprego de Testes Estruturais nas soluções de software subsidiou a análise da viabilidade dos bancos de dados ThingSpeak e MySQL em manipular e tratar dados para gerar saídas associadas à estratégia de eco-feedback, visando a Camada de Interface. Como estabelecido em projeto, os testes de agrupamento consistiram na exibição de dados em tempo real, média por hora, por dia, por mês e por ano.

No âmbito da ThingSpeak API, os testes apontaram limitações no tratamento de dados, devido à utilização restrita dos Parâmetros de Feed. Apesar da disponibilidade e emprego desses parâmetros, verificou-se que somente é possível tratar os dados na plataforma em três níveis de informação: tempo real; média por hora e média por dia. Estes níveis de informação asseguram o monitoramento de condição mas não viabilizam correlações de consumo de energia com impactos econômicos e ambientais. No caso de agrupamentos superiores a estes períodos de tempo (por mês e por ano), faz-se necessário o uso de outro software integrado à plataforma: o MATLAB, que somente apresenta dados nos formatos de gráfico e/ou matriz.

No âmbito do banco de dados MySQL os testes confirmaram sua robustez. Verificou- se que, com a execução de definições e consultas SQL, é possível agrupar e tratar os dados em todos os níveis de informação estabelecidos, assegurando as finalidades determinadas para o monitoramento de desempenho. Além das relações definidas no ecmlampa e destacadas no desenvolvimento da Camada de Serviço, foram criadas novas estruturas de tabelas no banco de dados - sendo estas derivadas das tabelas primárias de monitoramento. Às novas tabelas, foram atribuídos campos para receber dados extraídos das tabelas primárias, considerando seu

agrupamento por data e hora, e o resultado de operações como média e soma dos valores já armazenados. Para a inserção destes dados nas tabelas derivadas, foram criados e executados eventos periódicos de atualização dos agrupamentos e operações, por hora, dia, mês e ano.

Após a aplicação dos Testes Funcionais e Estruturais, os componentes de prototipagem inerentes ao hardware (protoboard e jumpers), foram substituídos por uma placa de circuito impresso – definindo, desta forma, o produto final deste 1º Ciclo de Projeto e Desenvolvimento. Em seguida, o produto foi implementado no LAMPA para instanciação piloto (Figura 55 e Figura 56).

Figura 55 - Protótipo em Instanciação Piloto no LAMPA (1º Ciclo): NodeMCU, Sensor DHT22 e Conectores Jack P2 na Placa de Circuito Impresso (Esquerda) e Sensores SCT-013-020 (Direita)

Fonte: A autora.

Figura 56 - Protótipo em Instanciação Piloto no LAMPA (1º Ciclo): Fixação de Protótipo e Fonte de Alimentação na Divisória e Cabos dos Sensores SCT-013-020 junto às Canaletas

Fonte: A autora.

Durante o período de instanciação piloto, verificou-se o comportamento do protótipo e a influência do ambiente externo no monitoramento através de Experimento Controlado. Foram constatadas influências dos demais equipamentos do laboratório nos registros de medição de corrente alternada. Observou-se que, mesmo com ambos os circuitos de

iluminação desligados, os sensores SCT-013-020 registravam valores de corrente residual, sendo estes incrementados à medida que outros equipamentos elétricos eram ligados. Esta mesma influência foi observada com os circuitos ligados. Diante dessa questão, foram selecionados dois equipamentos do LAMPA, que consomem alta potência, para Experimento Controlado: o ar-condicionado e a cafeteira. Novamente, a faixa de operação estipulada, de 49W a 60W, foi utilizada como controle para verificação da influência. A visualização gráfica também auxiliou na análise.

No momento do Gráfico A na Figura 57, os registros em (1) indicaram que somente o ar-condicionado estava em pleno funcionamento no laboratório - e mesmo com este cenário, o sensor apontava consumo na Luminária 01. Em (2), a Luminária 01 foi ligada em conjunto com o ar-condicionado, já em funcionamento. Em (3), o ar-condicionado foi desligado – desdobrando-se em queda nítida de consumo no gráfico. Em (4), o ar-condicionado foi novamente ligado, para comprovar-se a interferência na medição.

No momento do Gráfico B na Figura 57, os registros em (1) indicaram que somente a Luminária 01 estava ligada. Em (2), o ar-condicionado e a cafeteira foram ligados, e houve registro nítido de mudança na medição. Em (3), somente a Luminária 01 foi desligada, e a interferência de ambos os equipamentos apresentou-se claramente no gráfico.

Por fim, no momento do Gráfico C na Figura 57, os registros em (1) indicaram que somente a Luminária 01 estava ligada. Em (2), a cafeteira foi ligada e desligada e em (3) o ar- condicionado foi ligado e juntou-se à Luminária 01.

Figura 57 - Experimento Controlado (1º Ciclo)

Legenda: Gráfico A (Esquerda); Gráfico B (Centro); e Gráfico C (Direita) Fonte: A autora.

Após estes procedimentos, foi possível confirmar que os demais equipamentos do laboratório influenciam nas medições do protótipo e considerar que destes, o ar-condicionado é o equipamento de maior impacto nas medições. A Tabela 3 apresenta a matriz de controle

utilizada, a qual indica que ambos os equipamentos testados – ar-condicionado e cafeteira – quando ligados incrementam os valores de medição e extrapolam a faixa ideal de operação.

Tabela 3 - Matriz de Controle de Influência Aplicada

PROTÓTIPO EQUIPAMENTO ESTADO CONTROLE TEM INFLUÊNCIA?

Circuitos A e B Ar-Condicionado Ligado / Ligado Maior que Faixa de Operação Sim

Circuitos A e B Cafeteira Ligado / Ligado Maior que Faixa de Operação Sim

Circuitos A e B Ar-Condicionado Desligado / Ligado Maior que 0 Sim

Circuitos A e B Cafeteira Desligado / Ligado Maior que 0 Sim

Fonte: A autora.

Por conseguinte, os resultados do Experimento Controlado apontaram a necessidade de revisão das instalações elétricas da edificação, devido à grande influência dos demais equipamentos nas medições, mensurada pelos valores de corrente residual no sistema de iluminação. Além disso, diante dessa constatação, em um contexto de monitoramento de condição para o ambiente de aplicação estudado – o LAMPA – deve-se considerar o valor médio da corrente residual, no momento de definição da faixa ideal de operação das luminárias. Esta consideração empregada na pesquisa desdobrou-se na retificação e incremento da faixa ideal de operação estipulada para medição das luminárias quando ligadas, sendo esta alterada para 49W – 64W.

A Avaliação Descritiva baseada em Cenários, por sua vez, apontou a contribuição de ambos os caminhos adotados – ThingSpeak e MySQL – para o monitoramento de desempenho (e condição). A Interface Web vinculada aos dados armazenados no ThingSpeak permitiu acesso ao histórico de monitoramento tanto do sistema de iluminação como do ambiente, através de diversos tipos de agrupamento de informação. Ademais, observou-se nessa interface um amplo potencial de comparação de desempenho, em tempo real, entre os componentes do sistema de iluminação e a identificação de defeitos operacionais e/ou consumo excedente em cada luminária e/ou circuito monitorado. Em relação aos dados ambientais inerentes ao LAMPA, foi possível monitorar valores de umidade e temperatura nos diversos momentos do dia e, inclusive, a influência direta do ar-condicionado em suas variações. Logo, os gráficos interativos apresentaram-se como recursos facilitadores de compreensão das informações, ainda que desassociados de uma contextualização semântica.

As consultas semânticas associadas ao banco de dados MySQL apontaram a contribuição de empregar-se o Modelo de Registro BIM como estrutura virtual de dados da edificação na Camada de Serviço. A geração automatizada de tabelas com dados oriundos do

modelo reduziu o esforço na construção do banco de dados e contribuiu para evitar a duplicidade de informações relativas à edificação. Essa inserção facilitou a compreensão sobre os dados sensoriados do ambiente físico, através da contextualização semântica promovida pelas relações entre tabelas. Além disso, em panoramas nos quais o Modelo de Registro BIM demande manutenção (ex. reforma da edificação), constatou-se a possibilidade de sobrepor as tabelas automaticamente geradas, evitando o esforço de inserção manual de novos dados e a perda de informações oriundas das relações já estabelecidas. Esta possibilidade foi testada e validada durante os procedimentos de escolha do recurso de exportação via ODBC.

Em ambos os contextos, atendeu-se parcialmente aos requisitos estabelecidos pela estratégia de eco-feedback. Os canais de entrega foram gráficos interativos e tabelas textuais e numéricas, soluções tradicionais de monitoramento definidas como recursos auxiliares no momento de proposições dos artefatos. Em relação aos componentes de exibição, correspondeu-se à frequência de atualização das informações em tempo real e aos tipos de feedback informativo, por desagregação e comparação histórica. Por fim, apesar da manipulação e tratamento de dados na Camada de Rede visar todas as unidades estipuladas na estratégia de eco-feedback, somente as unidades de energia direta e de dados ambientais foram empregadas na Camada de Interface do 1º Ciclo.