76 REDUÇÃO DE CONSUMO DE ENERGIA ATRAVÉS DE
TEMPORIZADOR PARA CHUVEIROS ELÉTRICOS PROJETO CONSTRUTIVO
CHRISTIAN KREBS REMPEL1 & RENATO PENTEADO ARANHA CAMPOS1* 1
Curso de graduação - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação/UNICAMP *E-mail do autor correspondente: renatoaranha@gmail.com
RESUMO: Chuveiros são responsáveis por uma grande parcela do gasto com energia elétrica em residências pois em sua potência mínima consome entre 2500 e 3200 watts, em suas máximas potências, pode consumir entre 5500 watts em 127 volts e até 7500 watts em 220 volts e potências típicas entre 4000W e 6500W. Entretanto, não existe uma cultura de conscientização e responsabilidade ambiental dos gastos de energia elétrica e o desperdício de água. No Brasil, tomamos em media quase três banhos por dia. O presente estudo visa responder se é possível reduzir significativamente o consumo doméstico de energia com um dispositivo eletrônico de baixo custo e fácil instalação e que economia isso resulta, realizando-se uma pesquisa para analisar a preocupação da população em relação ao tempo de banho e o consumo de energia sustentável, instalando temporizadores nos chuveiros e analisando o impacto na economia de energia. Os resultados se mostraram 96,6% declaram-se dispostas a experimentar o novo dispositivo.muito positivos tanto em relação a preocupação ambiental da população como os resultados técnicos de economia de energia que o dispositivo forneceu.
PALAVRAS-CHAVE: economia de energia; chuveiro; temporizador eletrônico
REDUCTION OF ENERGY CONSUMPTION THROUGH TIMER FOR ELECTRIC SHOWERS ABSTRACT: Showers are responsible for a big part of the expense with electrical energy in homes: at it’s minimum powers it consumes between 2500 and 3200 watts, while at it’s maximum powers it may consume between 5500 watts (127 volts) and 7500 watts (220 volts), with typical powers varying between 4000 watts and 6500 watts. However, there isn’t a culture of environmental awareness and responsibility in spending power and wasting water. In Brazil, we take an average of nearly three baths a day. This project aims to answer the following questions: Is it possible to significantly reduce household consumption with an electronic low-cost installation? How much can we save by doing that? We answer this question by conducting a survey to analyze public concern in relation to bath time and consumption of sustainable energy and by installing timers on showers and analyzing the impact on energy savings. The results were highly positive in relation to environmental concerns of the population and the technical results of energy savings that the device provided
KEYWORDS: energy saving; shower; electronic timer
INTRODUÇÃO
Para debater o tema consumo sustentável, cabe percorrer brevemente a própria noção de sustentabilidade. Segundo a definição da Comissão Mundial sobre o Meio Ambiente, em
1987, “Consumo sustentável é o desenvolvimento que atende as necessidades do presente, sem comprometer a capacidade das futuras gerações em atenderem às suas próprias necessidades” (Terra Azul, 2011).
77 Desta forma, não é possível falar sobre
consumo sustentável sem discutirmos questões que envolvem as práticas que podem ser ou não consideradas como compatíveis com a capacidade do planeta de absorção dos impactos ambientais produzidos pelas atividades humanas e também de sua reposição.
Estudos sobre a velocidade e a insustentabilidade do atual padrão de produção e consumo deixam claro que práticas sustentáveis devem ser adotadas imediatamente para que possamos buscar o equilíbrio e a estabilidade dos nossos sistemas naturais de sustentação para as gerações presentes e futuras.
Este trabalho tem como objetivo fornecer uma alternativa para o consumo sustentável de energia elétrica em residências. Atualmente existem diversas propostas de temporizadores e “smart showers” tanto no âmbito acadêmico como no comercial. Nossa proposta é oferecer uma alternativa de baixo custo (com redução de 80% no custo em relação a produtos comercias) e de fácil implementação.
MATERIAL E MÉTODOS
Inicialmente, foi feita uma pesquisa de comportamento e interesse da população em alternativas para consumo sustentável de energia elétrica durante o banho. Para tanto, criou-se um formulário no GoogleDocs (disponível em http://bit.ly/rGE3wH) contendo as seguintes questões: Sexo? (masculino ou feminino); Quantos minutos você gasta em média no banho?
(até 5, entre 5 e 10, entre 10 e 15, entre 15 e 20 ou acima de 20 minutos); Se estaria disposto a utilizar um dispositivo de baixo custo e de fácil implementação, para um consumo mais sustentável de Energia/Água?
O circuito temporizador para economia de energia elétrica em chuveiros foi construído com componentes eletrônicos adaptando projetos estudados durante o curso de Engenharia Elétrica da Unicamp. O coração de nosso projeto é o Circuito Integrado LM555, que através de um ajuste via potenciômetro regula o período de passagem de corrente no chuveiro por meio de um relé, conforme será explicado a seguir.
O chaveamento de corrente no chuveiro baseia-se na utilização de um relé, interruptor que quando acionado eletricamente permite a passagem de corrente na carga (chuveiro).
Utilizamos o relé MR31 na configuração “normalmente aberto”. Enquanto o dispositivo não recebe um sinal elétrico de entrada, mantém aberta a “alimentação” do chuveiro elétrico; quando recebe este sinal, o mesmo percorre as espiras da bobina do relé criando um campo magnético que atrai a alavanca responsável pela mudança de estado dos contatos. O estado “fechado” do circuito permanecerá constante enquanto o relé estiver sendo alimentado. Para tanto, precisamos de uma fonte contínua de sinal elétrico que nos forneça uma corrente no momento desejado e com a duração desejada para o tempo de banho.
78 O dispositivo responsável pela
temporização de fornecimento de corrente ao relé é o Circuito Integrado LM555.
Figura 1 : Diagrama do LM555 (National, 2011).
A escolha deste dispositivo permite uma alta estabilidade na geração de oscilações temporais. Para a operação astável como um oscilador, a frequência de corrida livre e o ciclo de trabalho são precisamente controladas com dois resistores e um capacitor externo.
Contudo, para regularmos a duração do sinal no LM555, utilizamos um potenciômetro, que nos permite um ajuste cambiável de tempo em detrimento de resistências fixas na entrada do circuito integrado, as quais resultariam num único valor de temporização. Este potenciômetro, responsável pelo ajuste do tempo de banho, altera a tensão de entrada no circuito integrado LM555, servindo como parâmetro para variação de tempo de acionamento no CI. Calibramos o componente
de modo a permitir a visualização de períodos de 5, 10, 15 e 20 minutos de acionamento.
Figura 2 : potenciômetro em destaque durante a montagem do temporizador.
Um LED na saída do circuito integrado demonstra visualmente o tempo em que o temporizador está permitindo a passagem de corrente para o relé. O circuito é alimentado por baterias de 12V disponíveis comercialmente.
Figura 3 : LED indicador de funcionamento.
Caso seja necessário religar o chuveiro após o término do período ajustado, projetamos um botão de “reset” que permite a realimentação imediata do circuito evitando que o usuário do temporizador tenha que terminar o banho com água fria.
A seguir, listamos os componentes necessários para montagem do temporizador: 1
79 Resistor de 2.2kΩ, 1 Resistor de 1kΩ, 2
Resistores de 4.7kΩ, 1 Potenciômetro de 3MΩ, 1 Capacitor de 100nF, 1 Capacitor de 220uF / 35V, 1 Capacitor de 1uF, 1 LED, 1 Diodo 1N4004, 1 Transistor BC338, 1 Push Button, 1 Circuito Integrado LM555, 1 Relé MR31, 1 Fonte de 12V, 1 Placa de Desenvolvimento
Figura4 : temporizador montado.
Figura 5 : testes do temporizador em laboratório da FEEC.
Figura 6 : esquemático do temporizador.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O projeto do temporizador permite o controle do tempo de banho com acionamento imediato de novo ciclo de alimentação do chuveiro, caso seja necessário. Desta forma, serve para ajudar na conscientização dos usuários sobre seu tempo de banho, resultando em grande economia de energia residencial, sem tornar o banho um ato “traumático”.
Utilizando a média de tempo de banho aferida em nossa pesquisa, calculamos quanta energia o dispositivo poderia ajudar a economizar em uma residência com 5 moradores utilizando um chuveiro de 5000W (supondo somente um banho por pessoa por dia), e o valor que isso representaria para a residência (com base nas tarifas vigentes na CPFL em 7 de dezembro de 2011).
Assim, consumo médio atual = 5kW x (9,83/60)h x 5 pessoas x 30 dias = 122,875kWh. Reduzindo o tempo de banho para 5 minutos, teremos consumo médio com o
80 temporizador = 5kW x (5/60)h x 5 pessoas x 30
dias = 62.5kWh.
Os valores mensais pagos antes e após a implementação do temporizador seriam R$40,41 e R$20,55 resultando em uma economia de R$19,86 por mês.
Das 59 pessoas que responderam ao formulário, 1,7% declaram tomar banhos de até 5 minutos, 52,5% tomam banhos com duração entre 5 e 10 minutos, 44,1% ficam entre 10 a 15 minutos no chuveiro e 1,7% passam mais de 20 minutos diariamente no banho, como pode-se observar na figura 7. Notamos também que as mulheres que responderam ao questionário tendem a tomar banhos mais demorados que os homens, mas decidimos não levar essa informação em consideração na nossa análise.
Quanto ao interesse em utilização do dispositivo, apenas duas pessoas responderam negativamente, sendo que 96,6% declaram-se dispostas a experimentar o novo dispositivo.
Figura 7. Resultado da pesquisa sobre tempo médio de banho (em minutos).
O circuito foi projetado valorizando o baixo custo e a facilidade de implementação. O resultado foi um circuito com custo inferior a R$15,00 que pode ser montado em menos de um dia por uma pessoa com algum conhecimento em eletrônica. Consideramos esse resultado um grande avanço na área de “smart showers”, possibilitando um alcance universal da tecnologia, que hoje esta restrita por sua complexidade e preço. Na internet, por exemplo, encontra-se sistemas com um custa que varia em media de R$80,00 a R$100,00 (Giamar, 2011).
A instalação do circuito é fácil, uma vez que ele esteja montado (mesmo sua montagem não é tão trabalhosa), o que indica que pode ser usado tanto para implementação caseira como comercialmente. Necessitaríamos somente de uma adaptação para uso em chuveiros, visto que o mesmo não possui carcaça.
Estes fatores, somados a receptividade das pessoas que responderam ao questionário, podem tornar o produto de grande interesse para fins de economia de energia e adoção de práticas sustentáveis.
Um vídeo do circuito implementado foi colocado no youtube e pode ser visto no endereço http://youtu.be/09wSLc0a0WY .
AGRADECIMENTOS - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da UNICAMP. Prof. Fabiano Fruett (DSIF – FEEC – UNICAMP) e Prof. Elnatan Chagas Ferreira (DEMIC – FEEC – UNICAMP)
81 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARQUITETOS DA A3, 2011. POTÊNCIAS TÍPICAS DE ALGUNS APARELHOS
ELETRODOMÉSTICOS E
ELETROPROFISSIONAIS. Disponível em: <http://www.arquitetosdaa3.com.br/arquivos_ 07/adobe_reader/instalacoes.pdf>. Acesso em: 15 novembro 2011.
CPFL, 2011. TAXAS E TARIFAS. Disponível em:
<http://www.cpfl.com.br/Informaccedilotildee s/TaxaseTarifas/tabid/206/Default.aspx>. Acesso: 15 novembro 2011.
E&C, 2011. CONSUMO DE ENEGIA. Disponível em: <http://www.escolher-e-construir.eng.br/Dicas/DicasI/Kwatt/pag1.htm >. Acesso: 15 novembro 2011.
FABIANO FRUETT, 2011. APOSTILAS DIDÁTICAS (DISCIPLINAS EE530, EE531, EE640 E EE641). Disponíveis em: <http://www.dsif.fee.unicamp.br/~fabiano/>. Acesso em: 15 novembro 2011
GIAMAR, 2011. TEMPORIZADOR PARA CHUVEIRO ECONOMAX. Disponível em: <http://www.giamar.com.br/loja/produto-
97542-1091-Temporizador_para_Chuveiro_Economax>. Acesso em: 15 novembro 2011
GLOBO, 2011. BRASILEIRO É CAMPEÃO MUNDIAL DE BANHO, MAS NÃO LAVA AS MÃOS. Disponível em:
<http://g1.globo.com/bom-dia- brasil/noticia/2010/07/brasileiro-e-campeao-mundial-de-banho-mas-nao-lava-maos.html. Acesso em 15 novembro 2011.
IDEC, 2011. CONSUMO SUSTENTÁVEL: POR QUÊ? PARA QUÊ? Disponível em:
<http://homologa.ambiente.sp.gov.br/ea/adm/a dmarqs/Lisa_Gunn_2003.pdf>. Acesso: 15 novembro 2011
MERCADO LIVRE, 2011. TEMPORIZADOR PARA DUCHA E CHUVEIRO COM TIMER PROGRAMAVEL. Disponível em: <http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-
214508597-temporizador-para-ducha-e-chuveiro-com-timer-programavel-_JM >. Acesso em: 15 novembro 2011
NATIONAL, 2011. LM555. Disponível em: <http://www.national.com/ds/LM/LM555.pd f>. Acesso: 15 novembro 2011
TERRA AZUL, 2011. CONSUMO SUSTENTÁVEL. Disponível em: <http://www.terrazul.m2014.net/spip.php?art icle380>. Acesso em: 15 novembro 2011 WIKIPEDIA, 2011. ENERGIA RENOVÁVEL.
Disponível em
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_renov %C3%A1vel>. Acesso: 15 novembro 2011 WIKIPEDIA, 2011. RELÉ. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A9>. Acesso: 15 novembro 2011.
