INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU EM ENGENHARIA ELÉTRICA COM ÊNFASE EM SISTEMAS INTELIGENTES APLICADOS À AUTOMAÇÃO.
GIZELE POLTRONIERI DO NASCIMENTO
AQUECEDOR SOLAR EM CASAS POPULARES: ECONOMIA OU DESPERDÍCIO DE ÁGUA?
Vitória 2016
GIZELE POLTRONIERI DO NASCIMENTO
AQUECEDOR SOLAR EM CASAS POPULARES: ECONOMIA OU DESPERDÍCIO DE ÁGUA?
Vitória 2016
Monografia apresentada ao Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Engenharia Elétrica com Ênfase em Sistemas Inteligentes Aplicados à Automação do Instituto Federal do Espírito Santo como requisito parcial para obtenção do certificado de Especialista em Sistemas Inteligentes Aplicados à Automação
Orientador: Prof. M.Sc. Paulo Henrique Fernandes Zanandrea
(Biblioteca Nilo Peçanha do Instituto Federal do Espírito Santo)
N244a Nascimento, Gizele Poltronieri do.
Aquecedor solar em casas populares : economia ou desperdício de água? / Gizele Poltronieri do Nascimento. – 2016.
56 f. : il. ; 30 cm
Orientador: Paulo Henrique Fernandes Zanandrea.
Monografia (graduação) – Instituto Federal do Espírito Santo, Coordenadoria de Engenharia Elétrica, Curso Superior de Engenharia Elétrica, Vitória, 2016.
1.Energia solar – Sistemas de controle inteligente. 2. Aquecedores solares de água. 3. Habitação popular. 4. Arduino (Controlador
programável). 5. Água – Consumo. I.Zanandrea, Paulo Henrique Fernandes. II. Instituto Federal do Espírito Santo. III. Título.
CDD 21 – 621.473 N244a Nascimento, Gizele Poltronieri do.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus que meu deu força e fé para continuar na caminhada, mesmo quando eu achava que não era mais possível.
Agradeço aos meus pais Clemir Fraga e Maria Aparecida Poltronieri, que mesmo em meio a tantas dificuldades, com suas simples palavras e ações sempre me incentivaram para que lutasse por um mundo mais digno e honesto.
Agradeço aos meus colegas de sala que me ajudaram e me apoiaram até o fim.
Agradeço aos professores, em especial ao professor M.Sc. Paulo Henrique Fernandes Zanandrea e ao professor Dr. João Marques Salomão que em meio a tantas dificuldades que tive no curso, incentivaram e acreditam no projeto.
RESUMO
O presente trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de controle de temperatura automático dos chuveiros instalados em casas populares que usam como fonte de aquecimento o aquecedor solar, o controle é feito por meio de um sensor de temperatura que envia dados de temperatura a um microcontrolador arduíno, para que seja realizado o ajuste automático de duas válvulas quente e fria e proporcione a economia do consumo de água para ajuste da temperatura pré-selecionada pelo usuário. O trabalho foi proposto pela pesquisadora à Companhia Espírito Santense de Saneamento para realizar o levantamento de dados de consumo de água antes e após o projeto Boa Energia Solar, implantado pela empresa Espírito Santo Centrais Elétricas S.A. O protótipo utiliza componentes de baixo custo e é um estudo de caso para casas populares em um bairro de risco social no estado do Espírito Santo.
Palavras-chave: Aquecedor solar. Água. Economia. Casas populares. Chuveiros residenciais. Automação. Arduíno.
ABSTRACT
This present work proposes the development of an automatic temperature control system for showers installed in popular housing that use as a heating source the solar heater, the control is done by means of a temperature sensor that send temperature data to an arduino microcontroller, to be performed automatically adjusting two hot and cold valves and provides the water consumption economy to pre-selected by the user temperature setting. The work proposed by the researcher to Sanitation Company Espírito Santense to carry out the survey of water consumption data before and after the project “Good Solar Energy”, implemented by Espírito Santo Power Stations S.A. The prototype uses low cost components and it a case study for popular housing in risk district in the state of Espírito Santo.
Keywords: Solar heater. Water. Economy. Popular housing. Residential showers. Automation. Arduino.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Vista área do bairro Jabaeté, Vila Velha, Espírito Santo...16
Figura 2 - Modelo comum de aquecimento solar em residência...18
Figura 3 - Fluxograma de processo...19
Figura 4 - Interior da residência...25
Figura 5 - Sistema de aquecedor solar instalado...26
Figura 6 - Placa do Arduíno Uno vista superior...27
Figura 7 - Espaço para desenvolvimento do Arduíno...29
Figura 8 - Válvula manual duas vias kit didático FESTO...30
Figura 9 - Servo Hpi Sf-10w a prova d’água...31
Figura 10 - LED...32
Figura 11 - Resistor elétrico...33
Figura 12 - Ilustração termossifão...33
Figura 13 - Ilustração do boiler...34
Figura 14 - Modelo geral...36
Figura 15 - Modelo Detalhado...36
Figura 16 - Esquemático do hardware...38
Figura 17- Protótipo...39
Figura 18 - Média de consumo de m3/consumidor de água para as 66 residências...43
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Números de unidades residenciais contempladas com o projeto...17 Tabela 2 - Percentual de posse dos equipamentos elétricos no Brasil...22 Tabela 3 - Requerimento mínimo mensal em energia elétrica por domicílio...23 Tabela 4 - Fatura em m3 de água do ano de 2012 residência unifamiliar com 5 moradores...41
Tabela 5 - Fatura em m3 de água do ano de 2014 residencial unifamiliar com 5 moradores...42
Tabela 6 - Comparativo da média de consumo anual do m3/consumidor de
água para 66 residências...43 Tabela 7 - Materiais e valores...46
LISTA DE SIGLAS
PMV – Prefeitura Municipal de Vitória EDP – Energias de Portugal
USP – Universidade de São Paulo LED – Light Emitter Diode
ONU – Organização das Nações Unidas
CESAN – Companhia Espírito Santense de Saneamento ESCELSA – Espírito Santo Centrais Elétricas S.A
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO...12 1.1 MOTIVAÇÃO...14 1.2 JUSTIFICATIVA...14 1.3 OBJETIVO GERAL...15 1.3.1 Objetivos Específicos...15 1.4 METODOLOGIA...16 1.5 PROPOSTA DE PROTÓTIPO...18 1.6 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO...20 2 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA...21 2.1 ENERGIA E RENDA ...21
2.2 USO DO CHUVEIRO ELÉTRICO NO BRASIL...21
2.3 USO DO PAINEL SOLAR COMO FONTE DE AQUECIMENTO...23
2.4 ESTUDO DE CASO DO PROBLEMA NO SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR...25
3 REFERENCIAL TEORICO...27
3.1 ARDUÍNO UNO COM ATMEGA328...27
3.2 VÁLVULAS MANUAIS...30
3.3 SENSOR DE TEMPERATURA DS18B20 A PROVA D´ÁGUA...30
3.4 SERVO HPI SF-10 W A PROVA D’ÁGUA...31
3.5 LED...32
3.6 RESISTORES...32
3.7 SISTEMA DE AQUECIMENTO POR TERMOSSIFÃO...33
3.8 RESERVATÓRIO TÉRMICO (BOILER)...34
3.9 AUTOMAÇÃO PARA CHUVEIRO ELÉTRICO...34
4 DESENVOLVIMENTO...35
4.1 MODELO DE MISTURADOR AUTOMATIZADO...35
4.2 SOFTWARE DE CONTROLE DE TEMPERATURA E AUTOMAÇÃO – ARDUÍNO...37
4.3 MONTAGEM...37
4.4 PESQUISA DE CAMPO...39
5.1 DADOS DA CESAN...41
5.2 TESTES DO PROTÓTIPO...44
5.3 DIFICULDADES ENCONTRADAS...45
5.4 RESULTADOS...45
5.5 CUSTO DO PRODUTO...45
6 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS...47
REFERÊNCIAS...48
APÊNDICE A - Código utilizado no Arduíno...50
1 INTRODUÇÃO
A falta de água e o gerenciamento de energia no planeta é uma questão imediata, é necessário tomar medidas que representem a verdadeira economia.
A energia do sol usada para fins como aquecedor solar é uma fonte limpa e renovável e abundante em todos os estados do Brasil.
A crise hídrica enfrentada nos últimos anos, além dos aumentos na conta de energia elétrica, provoca a reflexão sobre qual caminho a produção e o uso de energia deve seguir. Não restam dúvidas que o consumo consciente e a maior participação de outras tecnologias, preferencialmente renováveis, para a geração de energia elétrica são, mais do que nunca, imprescindíveis para manutenção e desenvolvimento econômico sem sacrifícios desproporcionais ao meio ambiente (REIS, 2011).
O uso do chuveiro elétrico para aquecimento de água é comum no Brasil e este hábito tem uma grande influência na demanda de eletricidade do Brasil. Seu baixo custo o tornou um equipamento de grande difusão. Entretanto, devido à sua grande potência e ao hábito brasileiro de tomar banho no horário de pico, ele se tornou um dos grandes responsáveis por esta ponta de consumo de eletricidade.
A empresa Espírito Santo Centrais Elétricas S.A (ESCELSA), distribuidora de energia elétrica do grupo EDP, do estado do Espírito Santo, implantou através do projeto Boa Energia Solar, em casas populares da Grande Vitória situada no estado do Espírito Santo, a substituição dos chuveiros elétricos existentes por outros mais eficientes, com a instalação de painéis solares para aquecimento de água trazendo uma economia de até 30% na conta de energia.
[...] O sistema implantado pela EDP Escelsa garante que a luz do sol será suficiente para aquecer a água do banho em cerca de 80% dos dias do ano. Nos poucos dias em que não houver energia solar, o chuveiro elétrico poderá ser utilizado, mantendo a temperatura da água ideal para um banho confortável (EDP, 2013).
Em media o tempo que se gasta para controlar a temperatura do chuveiro com aquecedor solar como fonte única de aquecimento da água, varia de acordo com usuário, enquanto realiza o controle, o consumo de água é desperdiçado até que se atinja o valor desejado.
Um estudo realizado pela Escola Politécnica (Poli) da USP mostra que esta média anual do consumo de água no chuveiro elétrico foi de 4,2 litros por minuto (l/min). O chuveiro híbrido solar obteve uma média anual de 4,1 l/min, ou seja, 2,3% menor que o consumo do chuveiro elétrico.
O aquecedor á gás obteve uma média de 8,7 l/min, ou seja, 107% maior que o consumo do chuveiro elétrico, o aquecedor solar obteve uma média de 8,4 l/min, ou seja, 100% maior que o consumo do chuveiro elétrico e o boiler elétrico obteve uma média de 8,5 l/min, 102% maior que o consumo do chuveiro elétrico.
Este estudo demonstra que o gasto de água com o chuveiro no tempo de controle da temperatura para banho é considerável.
Estes dados são importantes, se levarmos em consideração que água tratada é um dos recursos vitais mais escassos do mundo, e que conforme dados divulgados pela ONU, 1,8 bilhão de pessoas irão enfrentar em 2025 níveis críticos de falta de água e 2/3 da população mundial seriam afetados.
A crise hídrica enfrentada nos últimos anos, além dos aumentos na conta de energia elétrica, provoca a reflexão sobre qual caminho a produção e o uso de energia deve seguir. Não restam dúvidas que o consumo consciente e a maior participação de outras tecnologias, preferencialmente renováveis, para a geração de energia elétrica são, mais do que nunca, imprescindíveis para manutenção e desenvolvimento econômico sem sacrifícios desproporcionais ao meio ambiente (REIS, 2011).
Estes dados são importantes, se levarmos em consideração que água tratada é um dos recursos vitais mais escassos do mundo, e que conforme dados divulgados pela ONU, 1,8 bilhão de pessoas irão enfrentar em 2025 níveis críticos de falta de água e 2/3 da população mundial seriam afetados.
É geralmente aceito que apenas um consumo de 50 a 80 litros de água limpa por pessoa por dia é o necessário para manter o padrão de vida atual. Por meio de simples medidas de conservação é possível reduzir este consumo ainda mais. Por exemplo, para a maioria das residências no Reino Unido, o aproveitamento de águas pluviais pode fornecer água suficiente para o vaso sanitário, para lavar roupas e para molhar o jardim, os quais representam atualmente metade da água usada pela maioria das residências. Apenas reusando a “água cinza”, coletada do chuveiro e lavatórios, para dar descargas em vasos sanitários em casa, pode-se economizar até 18.000 litros de água por casa por ano, o equivalente a um terço da demanda de água de residência (GRAY, 2008 apud VALÉRIO, 2014).
A Companhia Espírito Santense de Saneamento (CESAN) empresa responsável pela captação, tratamento, distribuição de água e da coleta e tratamento de esgoto da maioria dos municípios do estado do Espírito Santo, se preocupa com o meio ambiente, realizando constantes programas de combate ao desperdício de água. Deste modo, o presente trabalho em parceria com a CESAN, demonstra um estudo inovador para este projeto, com a análise das variáveis das demandas de água antes e após a implantação do aquecedor solar implantado nas casas populares do bairro de Jabaeté região de Terra Vermelha, do município de Vila Velha, situado no estado do Espírito Santo, e propõe um modelo didático e tecnológico, para gerar eficiência no sistema do uso correto do projeto na economia de água para empresa e usuário final e consequente redução de custo.
1.1 MOTIVAÇÃO
Uma pesquisa feita por estudo de campo mostra que o gasto médio para atingir a temperatura final do chuveiro, que usa como fonte de aquecimento o aquecedor solar nas casas populares, é de 4 a 6 litros de água por banho, e que devido o Espírito Santo enfrentar a pior crise hídrica de sua história, somado à onda de dejetos que desceu no Rio Doce depois dos desastres ambientais causado com o rompimento da barragem da Samarco em Mariana (MG), no dia 5 de novembro de 2015 valida a preocupação com importância da segurança hídrica.
Além desses fatores, o Brasil sofre fatores climáticos que vem se somando com a falta de chuvas em algumas regiões, e no Brasil o uso da água também é usado para gerar energia.
1.2 JUSTIFICATIVA
Uma pesquisa recente da Organização das Nações Unidas sobre o uso racional da água colocou o Brasil como 12º país que mais desperdiça água no mundo. Cada brasileiro consome mais de 180 litros por dia. O sustentável seria gastar cerca de 110 litros/dia.
Empresas e indivíduos terão que se adequar a escassez e criar novas regras de consumo, isso envolve investimentos privados, públicos e com objetivo de gerar tecnologias inovadoras com a finalidade de economizar a água.
O aquecedor solar hoje é uma fonte de economia de energia, porém a demora em controlar a temperatura final da água do banho no chuveiro, gasta muita água para chegar ao valor desejado.
Dados foram coletados pela pesquisadora, em parceria com a CESAN, do consumo médio de água antes e após do projeto de aquecedor solar nas casas populares, para impactar a relevância da pesquisa e da busca de novas tecnologias que auxiliem no menor consumo de água nos chuveiros para aquecimento.
1.3 OBJETIVO
O objetivo geral deste trabalho é evidenciar o desperdício de água ocasionado em chuveiros cujo processo de aquecimento é feito por painel solar (serpentina embutida em estufa) e propor, por meio de um protótipo uma solução mais eficiente.
1.3.1 Objetivos Específicos
Para alcançar o objetivo geral pretende-se estabelecer os seguintes objetivos específicos:
Coletar dados da CESAN do consumo de energia e água antes e após a implantação do projeto;
Realizar uma pesquisa de campo sobre a utilização e eficiência do projeto dentro das residências com usuário final;
Aplicar um sistema de controle de temperatura para não desperdício de água no controle final de temperatura da água do chuveiro, através de um protótipo;
Gravar no Arduíno Uno o software para controle de temperatura de água, já pré-determinada para usuário final, através da abertura e fechamento de válvula;
Analisar a viabilidade econômica da instalação desses sistemas em residências de baixa renda.
1.4 METODOLOGIA
A metodologia consiste em analisar os dados de consumo de água dos usuários coletados no bairro de Jabaeté região de Terra Vermelha, do município de Vila Velha, situado no estado do Espírito Santo (Figura 1), antes e após da implantação do projeto Boa Energia Solar pela empresa ESCELSA, por meio da conta de água da CESAN, bem como traçar um gráfico da média de consumo.
Figura 1 – Vista área do bairro Jabaeté, Vila Velha, Espírito Santo
Fonte: Página do Google Earth1
O projeto contempla 4240 casas populares onde foram instalados os aquecedores solares, mas o estudo de caso será nas 909 residências do bairro de Jabaeté, em Vila Velha, Espírito Santo, conforme Tabela 1.
1
Disponível em:
<https://www.google.com.br/maps/place/Jabaet%C3%A9,+Vila+Velha+-+ES/@20.4438765,40.3627354,1656m/data=!3m1!1e3!4m2!3m1!1s0xb840eea141a4d7:0xd6e4b6847 abe7979> Acesso em: 21 Mar. 2016.
Tabela 2 - Números de unidades residenciais contempladas com o projeto
MUNÍCIPIO BAIRROS UNIDADES RESIDENCIAIS
SERRA
Serra Dourada I, II, III 2149
Eldorado 218
Novo Horizonte 179
VILA VELHA Jacarenema 288
Jabaeté 909
CARIACICA Prolar 98
Itanguá 240
CASTELO Cava Roxa 112
VITÓRIA Nova Palestina 26
Estrelinha 21
TOTAL 4240
Fonte: Página da EDP2
A metodologia também consiste em construir um protótipo de baixo custo para aplicação nas casas populares, que auxilie a consumir menos água no aquecimento ou equalização da temperatura final de banho.
O sistema é específico para casas populares, deste modelo que foi apresentado, para sistema residencial que use como aquecimento de água o aquecedor solar e tenha como saída o chuveiro.
Na Figura 2 é apresentado o modelo atual e mais comum de aquecimento solar de uso residencial.
2
Disponível em: < http://www.edp.com.br/distribuicao/edpescelsa/noticias/Paginas/2013/08/EDP- Escelsa-leva-projeto-Boa-Energia-Solar-para-dois-bairros%E2%80%94nomunic%20%C3%ADpio-de-Vit%C3%B3ria.aspx%3E>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Figura 2 – Modelo comum de aquecimento solar em residência
Fonte: Página da Intelisol3
O protótipo realiza a leitura da temperatura através do sensor no final do processo próximo a válvula manual e compara com a temperatura pré- selecionada pelo usuário, avalia o valor da temperatura, e realiza o ajuste de duas válvulas controlando a angulação para abertura e fechamento até que atinja a temperatura programada. Vide lógica programada no código (anexo A) e vide fluxograma na Figura 3.
Todo projeto de parte eletrônica foi desenvolvida usando o Arduíno UNO e linguagem C.
1.5 PROPOSTA DE PROTÓTIPO
Este protótipo propõe uma solução para auxiliar o controle do gasto de água para temperar ou equalizar a temperatura da água do chuveiro elétrico instalado em casas populares que usa como fonte de aquecimento o aquecedor solar.
A Figura 3 apresenta um Fluxograma para melhor compreensão.
3
Figura 3 – Fluxograma de processo
1.6 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
Segue uma breve descrição sobre a organização dos capítulos deste trabalho.
O capítulo 2 apresenta o problema e o estudo de caso no qual o problema foi percebido.
O capítulo 3 apresenta o referencial teórico e as tecnologias que foram utilizadas no desenvolvimento deste trabalho, e como elas foram utilizadas para controle de temperatura.
O capítulo 4 contém toda a especificação de projeto, abordando detalhes sobre o desenvolvimento e descrição de recursos utilizados.
O capítulo 5 apresenta os testes que foram realizados para verificar o desempenho do sistema e seus resultados.
2 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA
2.1 ENERGIA E RENDA
O uso de energia em uma economia está fortemente associado a uma série de questões sociais, incluindo a redução da pobreza, o crescimento populacional, o grau de urbanização, etc. Ainda que estas questões afetem a demanda de energia, a relação se dá nos dois sentidos: a qualidade e a quantidade dos serviços de energia e a maneira pelas quais os mesmos são atingidos, têm também efeito nas questões sociais (GOLDEMBERG, 2000 apud, SCHAEFFER et. al, 2003).
A ESCELSA, assim como qualquer concessionária de energia tem dever oferecer às unidades consumidoras residenciais urbanas e rurais habitadas por famílias que atendam aos critérios estabelecidos na Lei nº 12.212/10 desconto na conta de energia previsto na Lei nº 10.438/02, conhecido como tarifa social. O desconto pode variar de 10% a 65%, dependendo da faixa de consumo.
Nos bairros de casas populares, este desconto é comum, em vista das pessoas que residem nestes locais, terem direito a este benefício. O consumo médio nestas casas varia de acordo com os aparelhos instalados, e o chuveiro elétrico é um item mais comum nos domicílios.
2.2 USO DO CHUVEIRO ELÉTRICO NO BRASIL
Segundo Da Silva (2000, p 58), “O chuveiro elétrico está presente em 67,6% dos domicílios”. Os dados utilizados por Da Silva quando fez a projeção acima citada, são do PROCEL (1988/1989). A Tabela 2 apresenta o percentual de presença ou de posse de equipamentos elétricos4. Da Silva (2000) destaca, ainda, que: “o ferro de passar, a televisão, o liquidificador, a geladeira de 1 porta e o chuveiro elétrico são os equipamentos que apresentaram percentual superior a 50% em relação ao total dos domicílios do Brasil”.
4
O percentual de posse considera, no numerador, a quantidade de domicílios que possuem o equipamento; já a média, considera o somatório de equipamentos computando mais de um equipamento do mesmo tipo no domicílio (Da SILVA, 2000, p.56).
Achão (2003) apresenta dados mais recentes. Faz referência à pesquisa PUC/PROCEL (1999) e ao relatório PROCEL (2002). Segundo o autor, “O aquecimento de água residencial é muito expressivo nas regiões Sul e Sudeste do país, onde mais de 85%5 dos domicílios possuem chuveiro elétrico”.
Bermann (2002), propõe a caracterização de uma cesta básica energética para um domicilio brasileiro, generalizando um padrão de 5 pessoas por habitação de 2 quartos, sala, cozinha e banheiro, considerando as necessidades de satisfação dos principais serviços energéticos como iluminação, aquecimento de água, refrigeração e força motriz para os equipamentos eletrodomésticos e adota os parâmetros indicados na Tabela 3, para a eletricidade.
Tabela 2 - Percentual de posse dos equipamentos elétricos no Brasil
Fonte: Adaptado de Da Silva (2000, p.58).
5
O percentual da participação dos chuveiros elétricos por Achão (2003) sobre a média entre as regiões sul e sudeste confirma os números apresentados por Da Silva (2000) onde a região sul corresponde a 88,1% e sudeste a 83,5% com a média equivalente a 85,8%, diferença inferior a 1% do número apresentado em 2003, de 85%.
Tabela 3 - Requerimento mínimo mensal em energia elétrica por domicílio Aparelhos Elétricos Potência Média (Watts) Dias de uso no mês Tempo médio de utilização por dia Consumo médio mensal (em kWh) Geladeira 200 30 10 h6 60,0
Chuveiro elétrico 3500 30 40 min7 70,0
2 lâmpadas (100W) 200 30 5 h 30,0
3 lâmpadas (60W) 180 30 5 h 27,0
Televisão 60 30 5 h 9,0
Ferro elétrico 1000 30 1 h 12,0
Lava roupa 1500 30 30 min 9,0
Aparelho de som 20 30 4 h 3,0
Total 6600 220,0
Fonte: Bermann (2002, p. 61).
O Chuveiro elétrico é uma carga elétrica de alto consumo se comparada às demais cargas listadas na Tabela 3, além de consumir água potável se seu uso não for moderado.
A necessidade de conservação e preservação da água nos nossos dias é imediata, pois uma das principais preocupações são a preservação da água potável e produção de energia sustentável.
Para resolver o problema da economia de energia elétrica em substituição ao chuveiro elétrico, temos outras fontes, como é o caso do aquecedor solar.
2.3 USO DO PAINEL SOLAR COMO FONTE DE AQUECIMENTO
As primeiras experiências para entender melhor a capacidade do sol de aquecer a água foram documentadas em 1767 pelo suíço Horace de Saussure, que fez várias experiências com uma caixa revestida com isolamento térmico.
O norte-americano Clarence M. Kemp patenteou um aquecedor composto de tanques de cobre que ficavam dentro de uma caixa de madeira, com isolamento
6
O tempo médio de utilização de 10 h para geladeira refere-se ao período em que o compressor fica ligado.
7
térmico e vidro na cobertura, em 28 de abril de 1981, com a patente de número 451,384 do Departamento de patentes dos Estados Unidos (United States Patent Office).
O norte-americano, William Bailey, avançou nesse sentido, patenteando um aquecedor solar muito parecido com os modelos que ainda são usados nos 4 cantos do mundo.
Segundo Kemp (1891, p. 3): O objetivo desta invenção é utilizar os raios solares para aquecer a água para o banho e para outros fins domésticos, e a invenção consiste, principalmente,em expor tanques contendo água dentro de uma caixa coberta de vidro aos raios solares e no fornecimento dos ditos tanques com tubos apropriados em que a água é conduzida a passar de um tanque para o outro e, finalmente, ser descarregado em estado aquecido.
Atualmente, um sistema básico de aquecimento de água por energia solar é composto de coletores solares (placas) e reservatório térmico (boiler).
O painel solar, ou placa solar, é constituído de uma câmara escura com uma cobertura de vidro, que na presença de raios solares funciona como uma estufa. Dentro da câmara existe um circuito hidráulico em forma de serpentina, que por condução térmica, transfere o calor (energia térmica) para água, e esta, por sua vez, se desloca por convecção para o boiler cuja instalação deve ser feita em um nível acima da placa.
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.
2.4 ESTUDO DE CASO DO PROBLEMA NO SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR
O projeto de aquecedor solar, na maioria das residências, coloca o boiler no centro da residência para facilitar a distancias entre os cômodos. Com o tempo x distância, a água quente na tubulação de cobre tende a resfriar, a nova água quente vinda do boiler, pode levar um tempo para chegar até usuário.
Neste estudo de caso não se aplica, pois o aquecimento é único para o chuveiro, a distância é pequena, e ao abrir o registro que já desce água quente, dependendo da temperatura da água, pode vir a queimar o usuário. A Figura 4 demonstra o sistema no interior da residência.
Figura 4 – Interior da residência
Fonte: Elaborada pela autora
Na Figura 5 mostra o desenho de como é o sistema de aquecimento solar instalado nas residências do bairro Jabaeté, em Vila Velha, Espírito Santo.
Figura 5 – Sistema de aquecedor solar instalado
Fonte: Página da Soletrol 8
8
Disponível em:<http://www.soletrol.com.br/extras/como-funciona-o-aquecedor-solar-soletrol/>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
3 REFERENCIAL TEORICO
3.1 ARDUÍNO UNO COM ATMEGA328
Arduíno é uma plataforma de prototipagem eletrônica, criado por Massimo Banzi e David Cuartielles em 2005 com objetivo de permitir o desenvolvimento de controle de sistemas interativos, de baixo custo e acessível a todos.
Na Figura 6, pode ser visto a placa do Arduíno Uno. Figura 6 – Placa do Arduíno Uno vista superior
Fonte: Site Techtudo9
O Arduíno Uno é uma placa de microcontrolador baseado no ATmega328P.
Dispõe de 14 pinos digitais de entrada e saída (dos quais 6 podem ser usados como saídas PWM), 6 entradas analógicas, um cristal de quartzo 16 MHz, a conexão USB, entrada pra fonte , conector ICSP e um botão de reset.
Ele contém tudo o necessário para apoiar o microcontrolador; basta conectá-lo a um computador com um cabo USB ou ligá-lo com um adaptador AC-CC ou bateria para começar.
A placa pode ter dois tipos de alimentação que tem como recomendação a utilização
9
Disponível em: <http://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2013/10/o-que-e-um-arduino-e-o-que-pode-ser-feito-com-ele.html>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
de 5 V, pelo cabo USB ou por fonte externa (adaptador CA para CC ou a bateria), esta alimentação é escolhida automaticamente.
A tensão de entrada limite é de 7 a 12 V. A corrente CC por pino de entrada e saída é de 4 mA e para o pino 3,3 V é de 2 mA. A velocidade de clock é de 16 MHz. Se tratando de memória, o microcontrolador ATmega328 têm 2KB de SRAM, 1KB de EEPROM e 32KB de Memória Flash.
O Arduíno Uno possui 6 entradas analógicas (A0 - A5). Estas entradas aceitam vários valores de tensão, estes valores são infinitos na faixa de 0 V a 5 V.
Há 14 pinos de entrada e saída digitais na placa do Arduíno Uno, estes pinos tem uma tensão de 5 V, uma corrente de no máximo 2 mA e um resistor interno pullup de 20 a 50 k(ohm).
Alguns pinos têm funções especiais, como Seriais, PWM, SPI, LED.
Serial: 0 (RX) e 1 (TX). Usados para receber (RX) e transmitir (TX) dados seriais TTL.
PWM: as portas 3, 5, 6, 9, 10, e 11 oferecem uma saída lógica PWM 8bit utilizando a função analogWrite() no código a ser inserido no Arduíno.
SPI: as portas 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO) e 13(SCK) oferecem suporte a comunicação SPI, porém, não está incluída na linguagem de programação para o Arduíno.
LED: a placa fornece um LED conectado ao pino 13, facilitando assim simulações e testes.
O ambiente de programação do Arduíno se baseia no GCC (GNU compiler collecton) cuja interface gráfica é feita em Java, portanto, portável (fácil de instalar em diversas plataformas - Windows, Linux e Mac OS).
O Arduíno IDE é uma aplicação multiplataforma escrita em Java derivada dos projetos Wiring10 e Processing11.
10
Wiring é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre composta por uma
linguagem de programação, um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) e um microcontrolador de placa única.
Na Figura 7 é apresentado o espaço de desenvolvimento para microcontrolador Arduíno.
Figura 7 – Espaço para desenvolvimento do Arduíno.
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
11
Processing é uma linguagem de programação de código aberto e ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), construído para as artes eletrônicas e comunidades de projetos visuais com o objetivo de ensinar noções básicas de programação de computador em um contexto visual e para servir como base para cadernos eletrônicos.
3.2 VÁLVULAS MANUAIS
O sistema de tubulação é composto por tubos de plástico e conectores push-in12. As válvulas utilizadas no projeto são modelo da empresa Festo Didatic Brasil para fins didáticos e são conforme a Figura 8.
Figura 8 – Válvula manual duas vias kit didático FESTO.
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
Os componentes para conexões usadas no projeto são:
Pedaço de tubo reto;
Conector em 90º push-in12;
Conector em T.
3.3 SENSOR DE TEMPERATURA DS18B20 A PROVA D´ÁGUA
Este sensor de temperatura é impermeável, permite fazer medições em ambientes úmidos e molhados com a interface de comunicação one-wire (um fio).
12
Conector push-in: É um conector flexível de empurrar e puxar. Ele permite a flexibilidade para alterar a configuração sem necessidade de solda ou rosqueamento, ele possui um sistema de acoplamento próprio.
O DS18B20 tem precisão suficiente para a aplicação (±0,5ºC exatidão) e proporciona leituras de até 12 bits (configurável) através da interface de comunicação one-wire (um fio) e o microcomputador Arduíno.
Especificações: Tensão de operação de 3 a 5,5 V. Faixa de medição de -55 ºC a +125 ºC. Dimensão do cabo de 100 cm.
Pinagem: VCC: cor vermelha, GND: cor preta e Dados: cor amarela.
3.4 SERVO HPI SF-10W A PROVA D’ÁGUA
O servo motor é um atuador rotativo com alta precisão de controle para posicionamento angular. É composto por um motor acoplado a um sensor de posição para feedback. Para completar o sistema é necessário um servo drive. Este drive utiliza o sinal de feedback do sensor para controlar a posição angular do motor de forma precisa. Isto é chamado de controle de malha fechada. Com o sistema rodando em malha fechada, o servo motor é uma solução de alto desempenho a aplicações onde motores de passo ou motores de indução não correspondem a necessidade.
O modelo Servo Hpi Sf-10w a prova D’água da Figura 9 a seguir é usado do protótipo.
Figura 9 – Servo Hpi Sf-10w a prova d’água
Dimensões do servo: Faixa de tensão: 4.8 a 6.0 V, Torque: 36,10 (4,5 kg / cm), Velocidade: 0,18 sec / 60 graus.
3.5 LED
O LED (light emitter diode) é um componente eletrônico capaz de converter energia elétrica em luminosa quando devidamente polarizado.
O LED é um componente do tipo bipolar, ou seja, tem um terminal chamado anodo e outro, chamado catodo. Dependendo de como for polarizado, permite ou não a passagem de corrente elétrica e, consequentemente, a geração ou não de luz. Abaixo, na Figura 10, temos a representação simbólica e esquemática de um LED.
Figura 10 – LED
Fonte: Página da Devmedia 13
3.6 RESISTORES
Resistores são peças utilizadas em circuitos elétricos que tem como principal função converter energia elétrica em energia térmica, ou seja, são usados como aquecedores ou como dissipadores de eletricidade.
Abaixo, na Figura 11, temos um resistor elétrico.
13
Disponível em:< http://www.devmedia.com.br/-net-micro-framework-e-netduino/25547 >. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Figura 11 – Resistor elétrico.
Fonte: Página da Devmedia 14
3.7 SISTEMA DE AQUECIMENTO POR TERMOSSIFÃO
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.
Na Figura 12, o captador de água com termossifão (esquemático). Sendo 1: válvula; 2: depósito hidráulico; 3: entrada de água quente; 4: painel solar térmico (placa solar); 5: entrada de água fria.
Figura 12 – Ilustração termossifão.
Fonte: Página da Wikipédia 15
14
Disponível em:< http://sonlineshop.com/index.php?route=product/product&product_id=55 >. Acesso em: 21 Mar. 2016.
15
3.8 RESERVATÓRIO TÉRMICO (BOILER)
O reservatório térmico ilustrado na Figura 13 é como uma caixa d’água especial que cuida de manter quente a água armazenada no aquecedor solar. Esses cilindros são feitos de cobre, inox, ou polipropileno e depois recebem um isolante térmico.
No dimensionamento do aquecedor solar é preciso saber quantas pessoas vão usar o sistema diariamente, a duração média e a quantidade de banhos diários, quantos serão os pontos de uso de água quente.
Figura 13 – Ilustração do boiler
Fonte: Página da Heliotek 16
3.9 AUTOMAÇÃO PARA CHUVEIRO ELÉTRICO
O sistema de automação auxiliará junto as válvulas do chuveiro elétrico o controle do gasto mínimo no aquecimento final da água do banho que tem como fonte o aquecimento solar.
A temperatura será selecionada pelo usuário de modo automático por um sistema de botão, abrir um registro único, que funcionará como misturador, um sensor irá ler a temperatura final e permitirá a abertura e fechamento das válvulas anteriores, não acessíveis, para através do ajuste chegar na temperatura programada, evitando a sim o gasto maior de água para este controle.
16
Disponível em:< http://www.heliotek.com.br/Produtos/Aquecimento-Solar-para-Banho/Aquecedor-Solar/ >. Acesso em: 21 Mar. 2016.
4 DESENVOLVIMENTO
4.1 MODELO DE MISTURADOR AUTOMATIZADO
O Modelo de misturador trará conforto e segurança ao usuário proporcionando a temperatura ideal de banho quase instantaneamente, sem que o usuário gaste muito tempo e água neste processo.
O sistema contará com um sistema de botão na qual o usuário irá estabelecer qual temperatura final deseja selecionar, Quente a 38ºC, Morna a 25ºC ou Fria a 10ºC. Após acionar o botão, ele irá abrir o registro, um sensor de temperatura que irá verificar a temperatura final, e enviará os dados ao Arduíno que irá controlar dois servos acoplados aos registros realizando a abertura e fechamento de angulação das válvulas a fim de atingir a temperatura final no menor tempo.
Na Figura 14, é apresentado o modelo geral do protótipo incluído o sistema de aquecimento de água por energia solar.
Figura 14 – Modelo geral
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
Na Figura 15, é apresentado o modelo detalhado do protótipo.
Figura 15– Modelo detalhado
4.2 SOFTWARE DE CONTROLE DE TEMPERATURA E AUTOMAÇÃO – ARDUÍNO
Utilizando a IDE Arduíno, foi desenvolvido o software (descrito no Anexo - A) que faz o controle da temperatura utilizando o sensor de temperatura DS18B20 à prova d’água, transmitindo essa temperatura ao microcontrolador que promove a abertura e fechamento das válvulas nos registros internos.
Na programação para o Arduíno, os valores de temperaturas já foram pré-estabelecidas na programação como Quente a 38ºC, Morna a 25ºC ou Fria a 10ºC. A variável responsável por receber a temperatura selecionada pelo pino 3 (botão) irá ser comparada com a valor da leitura do sensor de temperatura DS18B20 que está no pino 2.
Existe uma função que é responsável pelo ciclo de trabalhos no Arduíno, esta função é a função LOOP. A função getTemp() é padrão para este sensor de temperatura, a função tempSensor() armazena o valor de temperatura , e a variável de armazenamento temperature é locado memória RAM do Arduíno.
As duas válvulas Val1 e Val2, não acessíveis, começam completamente abertas e irão fechar à medida que for selecionada o valor de temperatura e aberto a válvula manual.
Led’s indicadores de temperatura irão acendem para demonstrar os valores quente, morna ou fria.
A válvula Val1 completamente fechada é 80º e completamente aberta é 180º. A válvula Val2 completamente fechada é 91º e completamente aberta é 0º.
4.3 MONTAGEM
A montagem do hardware foi utilizada usando materiais usados nas seções 3.1 a 3.9. A Figura 16 mostra o esquemático de como foi montado o hardware.
Figura 16 – Esquemático do hardware
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
Para o protótipo foi montado um sistema para leitura da temperatura da água por intermédio do Arduíno, alimentado com uma fonte externa de alimentação de tensão 12V , e o sensor Temperatura DS18B20 com sua Dataout ligado a porta Digital 2, o +Vs na porta +5V e o GND do sensor na porta terra (GND) do Arduíno.
Dois servos Hpi Sf-10w pino 9 e 10 do Arduíno acoplados a válvula comandam a abertura e fechamento da mesma.
Para calcular a quantidade de água gasta para temperar a temperatura foi realizado teste com jarra de água de cozinha milimetrada.
Figura 17 – Protótipo
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
4.4 PESQUISA DE CAMPO
A fim de justificar a implantação do projeto, foi coletado no bairro de Jabaeté na região de Terra Vermelha, Vila Velha, no estado do Espírito Santo uma pesquisa de campo para levantamento dos dados do usuário conforme consta no anexo B.
A pesquisa realizada pela aluna entre os dias 10/01 a 24/01/2016 compreendeu em um questionário (vide Anexo B), realizado com entrevista aos moradores das casas populares, beneficiadas com aquecedores solares doados através do programa Boa Energia Solar pela empresa ESCELSA do Grupo EDP no ano de 2013.
A seguir foi realizado um estudo junto a CESAN para coletar os dados anual de cada usuário e traçar uma média de consumo anual de m3/morador.
Foi feita a pesquisa em 130 casas do universo de 909, porém muitas residências embora tenham sido contempladas pelo programa Boa Energia Solar, como se trata de uma região de risco social, e casas populares, não possuem registro na CESAN, ou usam a água de forma irregular, realizando desvio ou furto de água.
legal. Deste universo podemos concluir que em média para estas casas populares, o universo de nosso estudo reduz para 450 casas com registro regular na CESAN, que temos uma amostragem média de 15% correspondente as 66 casas.
5 TESTES E RESULTADOS
5.1 DADOS DA CESAN
A validação e justificava para implementar este protótipo vem de encontro aos dados coletados junto a CESAN referenciadas como forma de coleta no item 4.4 deste trabalho.
Para cada residência foi realizado a medição do m3 de água antes e após a implantação do aquecedor solar pela ESCELSA, que ocorreu no ano de 2013, para isso foi desconsiderado a medição deste ano.
Foi feita a medição do ano 2012 e de 2014/2015, considerando o consumo anual e realizando a média por consumidor por casa.
A Tabela 4 e Tabela 5 a seguir demonstra esta medição de fatura em m3 de água anual para uma residência unifamiliar com 5 moradores.
Tabela 4 – Fatura em m3 de água do ano de 2012 residência unifamiliar com 5 moradores Fonte: CESAN FATURA DE ÁGUA 2012 MÊS CONSUMO MEDIDO (m³) jan/12 9,3 fev/12 9,3 mar/12 11,0 abr/12 10,6 mai/12 11,0 jun/12 11,0 jul/12 9,6 ago/12 10,0 set/12 10,6 out/12 10,0 nov/12 10,0 dez/12 11,0 Fonte: CESAN (2016)
Tabela 5 – Fatura em m3 de água do ano de 2014 residencial unifamiliar com 5 moradores. FATURA DE ÁGUA 2014 MÊS CONSUMO MEDIDO (m³) jan/14 12,0 fev/14 10,0 mar/14 11,0 abr/14 9,3 mai/14 11,3 jun/14 9,6 jul/14 10,0 ago/14 18,0 set/14 10 out/14 16,0 nov/14 13,0 dez/14 9,3 Fonte: CESAN (2016)
De acordo com a tabela 4, para este ano o consumo anual foi de 123,4 m3 de água, e de 24,68 m3/consumidor de água.
De acordo com a tabela 5, para este ano o consumo anual foi de 139,5 m3 de água, e de 27,9 m3/consumidor de água.
O aumento após a implantação neste caso foi de 3,22 m3 de água, que corresponde a um aumento de água de 13%.
Usando o mesmo método, a Figura 18 representa o gráfico para uma amostragem de 66 casas, com a média de consumo anual de m3/consumidor de água, antes após a implantação do aquecedor solar.
Figura 18 – Média de consumo de m3/consumidor de água para as 66 residências.
Fonte: CESAN (2016)
A Tabela 6 mostra o comparativo da média de consumo anual de m3/consumidor de água antes e após o projeto instalado, tendo como referencia as 66 residências e o percentual de aumento de consumo de água.
Tabela 6 – Comparativo da média de consumo anual do m3/consumidor de água para 66 residências.
ANTES DEPOIS Diferença AUMENTO
29,5 37,5 8,0 27%
Este resultado tem um impacto significativo visto que representa um aumento médio de 27%, o que justifica a aplicação de uma medida de controle, porem como se trata de casas populares este projeto deve ter baixo custo.
5.2 TESTES NO PROTÓTIPO
O protótipo demonstrado no item 4.3 tem como objetivo simular o real, visto que a altura da água quente até o registro é próxima do real instalado.
Foram feitos inicialmente testes com o sensor de temperatura a fim de calibrar a temperatura ideal para banho.
Foram acopladas as duas válvulas dois servos para acionar a abertura e fechamento das válvulas de acordo com a temperatura selecionada pelo usuário.
Para este projeto ser eficiente foi observada que a pressão sobre os canos deve ser a mesma, visto que foram usados dois tanques de 20 litros de mesmo tamanho e na mesma altura, o volume de água em cada tanque deve ser o mesmo de modo que na prática deve usar dois tanques um de água quente e outro de água fria, além da caixa de água geral.
Foi usada uma jarra milimetrada em 1000 ml durante os testes como medidor da água para temperar a água final, a fim de visualizar o quanto é gasto até atingir a temperatura final.
Foi observada para a água na temperatura quente uma média de 600 ml de gasto, e para água morna a média corresponde a um gasto de 300 ml.
Atualmente nas casas o consumidor gasta de 4 a 6 litros de água para aquecer a água por banho.
Com este protótipo que ainda pode ser melhorado, a economia de água fica em torno de 3,4 l a 5,4 l, que corresponde de 85% a 90% de economia por banho.
5.3 DIFICULDADES ENCONTRADAS
O acesso à região de Jabaeté, não foi simples, visto que se trata de uma região de risco social, a pesquisa foi feita em parceria com moradores locais para ser realizada em campo.
Após os dados coletados, na CESAN, muitas casas não tinham registro, o medidor estava cortado por falta de pagamento, ou irregular.
A medição nas casas como seria o ideal realizar não é possível, pois envolve órgão publico e é necessário captação de recurso e tempo para realizar.
O protótipo teve algumas alterações devido aos equipamentos que compõem serem adquiridos em sites que as referências do produto não são confiáveis. Em relação a compra de componentes eletrônicos, o Brasil, em especial o estado do Espírito Santo possui poucas lojas que não dispõem de todos os recursos necessários, sendo necessário viabilizar a compra em sites de outros países.
5.4 RESULTADOS
Os resultados obtidos na CESAN foram de acordo com esperado, visto que apesar do universo da amostragem ser menor, os valores de consumo aumentaram.
O protótipo foi satisfatório, visto a proposta de atender casas populares, para este caso especifico.
5.5 CUSTO DO PRODUTO
O produto gerado com este trabalho foi um protótipo de automação para chuveiros elétricos em sistemas de aquecimento solar, de uso residencial.
O produto possui um sensor de temperatura que deve ser inserido na tubulação o mais próximo possível do chuveiro elétrico, e dois servos comandam a angulação das válvulas. A alimentação é fonte de alimentação de 5 V.
A Tabela 7 mostra os materiais usados no protótipo e seus valores.
Tabela 7 – Materiais e valores
Material Quantidade Custo (R$)
Arduíno UNO 1 65,00 Sensor de Temperatura DS18B20 1 23,00 Resistores 5 1,50 LED 3 3,60 Servo Hpi Sf-10w 2 90,00 Total (R$) 183,10
6 CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS
Visto que o tempo disponível para realização e as dificuldade encontradas para coletar os dados, o resultado do trabalho foi satisfatório.
O apoio da CESAN em parceria com IFES foi fundamental para validação do projeto, visto que este é projeto pioneiro em realização de coleta de analise de consumo médio de gasto de água para temperar a água nos chuveiros com uso do aquecedor solar.
Os dispositivos de automação a baixo custo como Arduíno são de grande relevância quando se fala em aplicação em casas populares.
No que se relacionam aos objetivos, todos foram atingidos em plenitude, pois o resultado obtido corresponde com o esperado.
Uma boa complementação para este projeto é viabilizar recurso e tempo e implantar em casas populares este protótipo, com cadastros regulares nas duas concessionárias (CESAN e ESCELSA) e acompanhar o consumo das residências, baseado no consumo anterior. A manutenção do sistema também é fundamental, também é necessário treinar a população para que gere renda entre os próprios moradores.
Em trabalhos futuros o ideal seria criar um mecanismo de segurança contra queimaduras e um controlador PID para controlar o processo que demonstrou uma resposta critica ou subamortecida.
REFERÊNCIAS
Agência Nacional de Energia Elétrica. Atlas de energia elétrica do Brasil. 3. ed. – Brasília : Aneel, 2008.p.236
REIS, L. B. DOS. Geração de Energia Elétrica. 2a Edição ed.Barueri: [s.n.]. p. 459
MME – Ministério da Minas e Energia, Plano Nacional de Eficiência Energética, Out/2011
ACHÃO, Carla da Costa Lopes e SCHAEFFER, Roberto. Energia e renda no
Brasil: um retrato do consumo no setor residencial. In: Anais do X
Congresso Brasileiro de Energia. Rio de Janeiro: X CBE 2004. 2403-2417p.
SCHAEFFER, Roberto; et al. Energia e pobreza: problemas de
desenvolvimento energético e grupos sociais marginais em áreas rurais e urbanas do Brasil. CEPAL – Nações Unidas: Santiago de Chile, 2003
DA SILVA, Ângela Cristina Moreira. Análise condicionada da demanda de
energia no setor residencial brasileiro. Rio de Janeiro: UFRJ; COPPE, 2000
BERMANN, Célio. Energia no Brasil : para quê ? para quem?São Paulo, Livraria da Física. 2002
MENEZES, Thiago L. D. Automação para chuveiro Eletricos em sistema de
Aquecimento solar. Brasilia: UniCeub, 2013.
PMV. Energia solar chega a casas populares de Vitória e reduz conta de luz. Disponível em: < http://www.vitoria.es.gov.br/noticia/energia-solar-chega-a-casas-populares-de-vitoria-e-reduz-conta-de-luz-12018>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Ambiente Energia. Chuveiro elétrico é mais econômico que aquecedores. Disponível em: <https://www.ambienteenergia.com.br/index.php/2010/05/chuveiro-eletrico-e-mais-economico-que-aquecedores/3101>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Google Earth. Jabaeté, Vila Velha, Espírito Santo. Disponível em:
<https://www.google.com.br/maps/place/Jabaet%C3%A9,+Vila+Velha+-+ES/@-20.4438765,40.3627461,1552m/data=!3m1!1e3!4m2!3m1!1s0xb840eea141a4d7:0xd 6e4b6847abe7979>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
EDP. EDP Escelsa leva projeto Boa Energia Solar para dois bairros no
município de Vitória. Disponível em:
<http://www.edp.com.br/distribuicao/edpescelsa/noticias/Paginas/2013/08/EDP-
Escelsa-leva-projeto-Boa-Energia-Solar-para-dois-bairros%E2%80%94nomunic%20%C3%ADpio-de-Vit%C3%B3ria.aspx%3E>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
INTELISOL. Aquecedor Solar. Disponível em:
<http://www.intelisol.com.br/videosmartfb.html>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Soletrol. Aquecedor Solar.
Disponível em:<http://www.soletrol.com.br/extras/como-funciona-o-aquecedor-solar-soletrol/>. Acesso em: 21 Mar. 2015.
Techtudo. Arduíno.
Disponível em: <http://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2013/10/o-que-e-um-arduino-e-o-que-pode-ser-feito-com-ele.html>. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Devmedia. LED.
Disponível em:< http://www.devmedia.com.br/-net-micro-framework-e-netduino/25547 >. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Sonlineshop. Resistor. Disponível
em:<http://sonlineshop.com/index.php?route=product/product&product_id=55 >. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Winkipédia. Termossifão.
Disponível em:< https://pt.wikipedia.org/wiki/Termossifão >. Acesso em: 21 Mar. 2016.
Heliotek. Boiler.
Disponível em:< http://www.heliotek.com.br/Produtos/Aquecimento-Solar-para-Banho/Aquecedor-Solar/ >. Acesso em: 21 Mar. 2016.
ANEXO A – Código utilizado no Arduíno
//Bibliotecas
#include <Servo.h>//biblioteca para controle de servo
#include <OneWire.h>//biblioteca para comunicação com sersor de temperatura
//declarando resvos e pinos Servo myservo1;
Servo myservo2;
int servpin1 = 9;//Servo da Aqua quente int servpin2 = 10;//Servo da Aqua Fria
int pushButton = 3;//pino do botao de selação
int DS18S20_Pin = 2;//configurando pino do sensor OneWire ds(DS18S20_Pin); // on digital pin 2
float temperature; //variavel de armazenamento de temperatura
int val1 = 180;//posição inicial do Servo de aqua quente int val2 = 0;//posição inicial do Servo de aqua fria
//seleção de temperas int tempQ = 38;
int tempM = 25; int tempF = 10; int temp = tempQ;
//staus da temperatura int selec = 1;
//declaração dos pinos dos leds int ledR = 5;//led Vermelho int ledG = 7;//Led Verde int ledB = 6;//Led Azul
void setup() {
Serial.begin(9600);// Iniciando porta Serial
pinMode(pushButton, INPUT);// configurando botao pinMode(ledR, OUTPUT);
pinMode(ledG, OUTPUT); pinMode(ledB, OUTPUT);
myservo1.attach(servpin1);//Iniciando Servo motor myservo2.attach(servpin2);//Iniciando Servo motor
myservo1.write(180);// deixando valvula totalmente aberta myservo2.write(0);// deixando valvula totalmente aberta
//Acende o led Vermelho e apaga os outros. A temperatura se inicia a mais quente digitalWrite(ledR, HIGH); digitalWrite(ledG, LOW); digitalWrite(ledB, LOW); } void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly: tempSensor(); valvula(); Cservo(); seletor(); delay(500); }
//evitando erros da valvua void Cservo(){
val1 = 180; } if(val1 < 80){ val1 = 80; } if(val2 > 91){ val2 = 91; } if(val2 < 0){ val2 = 0; } } //Seleção de temperatura void seletor(){
int buttonState = digitalRead(pushButton);//leitura do botao if(buttonState == LOW){//se o botao for precionado
//atribui seleção de temperatura if(selec >= 3){
selec = 1; }else{
selec = selec+1; }
//escolhe a temperatura e exibe a escolha if(selec == 1){
temp = tempQ;
Serial.print("Temperatura escolida: Quente ");Serial.print(temp);Serial.println("º");
//acende o led vermelho e apaga os outros digitalWrite(ledR, HIGH);
digitalWrite(ledG, LOW); digitalWrite(ledB, LOW); }
temp = tempM;
Serial.print("Temperatura escolida: Media ");Serial.print(temp);Serial.println("º"); //acende o led Verde e apaga os outros
digitalWrite(ledR, LOW); digitalWrite(ledG, HIGH); digitalWrite(ledB, LOW); } if(selec == 3){ temp = tempF;
Serial.print("Temperatura escolida: Fria ");Serial.print(temp);Serial.println("º"); //acende o led Azul e apaga os outros
digitalWrite(ledR, LOW); digitalWrite(ledG, LOW); digitalWrite(ledB, HIGH); }
}else{
//nao faz nada }
}
//capturando temperatura void tempSensor(){
temperature = getTemp();//pegando temperatura e armazanado numa variavel flutuante
Serial.println(temperature);//exibindo temperatura da aqua }
//posicionando valvula void valvula(){
if(temperature > temp){//si a temperatua for maior a temperatura desejada val1 = val1 - 1;
//myservo1.write(val1);
if(val1 <= 80){//si a valvula tiver completamente fechada começo a abrir a valvula da aqua fria
val2 = val2-1; myservo2.write(val2); }else{ myservo1.write(val1); } }
if(temperature < temp){//si a temperatura for menor que a temperatura desejada val1 = val1 + 1;
//myservo1.write(val1);
if(val1 >= 180){//si a valvula da aqua quente tiver completamente aberta começo a feçar a aqua fria
val2 = val2+1; myservo2.write(val2); }else{ myservo1.write(val1); } } } //Senso de temperatura float getTemp(){
//returns the temperature from one DS18S20 in DEG Celsius
byte data[12]; byte addr[8];
if ( !ds.search(addr)) {
//no more sensors on chain, reset search
ds.reset_search(); return -1000; }
if ( OneWire::crc8( addr, 7) != addr[7]) { Serial.println("CRC is not valid!");
return -1000; }
if ( addr[0] != 0x10 && addr[0] != 0x28) { Serial.print("Device is not recognized"); return -1000;
}
ds.reset(); ds.select(addr);
ds.write(0x44,1); // start conversion, with parasite power on at the end
byte present = ds.reset(); ds.select(addr);
ds.write(0xBE); // Read Scratchpad
for (int i = 0; i < 9; i++) { // we need 9 bytes data[i] = ds.read(); } ds.reset_search(); byte MSB = data[1]; byte LSB = data[0];
float tempRead = ((MSB << 8) | LSB); //using two's compliment float TemperatureSum = tempRead / 16;
return TemperatureSum;
ANEXO B – Perguntas realizadas na entrevista
1 - Qual o número do hidrômetro? 2 - Qual o número da matricula?
3 - Dados de consumo anual antes da implantação do projeto. 4 - Dados de consumo anula após a implantação do projeto.
5 - Número de pessoas moradoras antes da implantação do projeto. 6 - Número de pessoas moradoras após a implantação do projeto
