CONIC-SEMESP

TÍTULO: LUMINÁRIA INTELIGENTE NO CAMPUS FACENS

TÍTULO:

CATEGORIA: CONCLUÍDO

CATEGORIA:

ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

ÁREA:

SUBÁREA: Engenharias

SUBÁREA:

INSTITUIÇÃO(ÕES): FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA - FACENS

INSTITUIÇÃO(ÕES):

AUTOR(ES): RAFAEL ANDREOTTI

AUTOR(ES):

ORIENTADOR(ES): RAFAEL RODRIGUES DA PAZ, ALESSANDRO BOGILA

1. RESUMO

O Projeto descrito prevê minimizar o consumo de energia de luminárias externas, com auxílio de sensores. Fez-se uma verificação de como são montadas as malhas de LED’s, para fazer o seu remanejamento, possibilitando o controle sobre todos os LED’s da matriz e interligando a luminária ao sensor. Utilizando-se a plataforma Arduino, implementou-se um controle de tal forma que, em tempo ocioso trabalhará com operação mínima (uma malha de LED), e conforme variado a leitura do sensor, se aciona as demais malhas (totalizando quatro malhas de LED’s). Sendo comprovado os resultados de redução no consumo através de estudo de caso e de simulação em matlab.

2. INTRODUÇÃO

A se chegar no século XXI, percebeu-se a necessidade da atualização da tecnologia, a qual está se tornando mais automática e mais eficiente abrangendo várias áreas. Como a automação o leque foi aberto para inúmeras possibilidades, mesmo com pouco conhecimento já se consegue trabalhos incríveis; tomando como base a linha de raciocínio da internet das coisas, que nada mais é, do que a junção da tecnologia com sensores e interfaces computacionais, pode-se criar ferramentas e inovar, transformando algo comum, em algo “inteligente”.

Na eficiência energética vem se tornando comum o trabalho com iluminações automáticas, lâmpadas e sinalizações mais eficientes, gerando a tal cobiçada economia, com olhos sempre visando a sustentabilidade.

Automatizando uma luminária de LED, é possível trabalhar as partes da mesma, de forma individual, ou em bloco, podendo administrar a sua potência de trabalho, possibilitando assim a economia em certos períodos de tempo.

Existem vários estudos sobre o LED, pois o mesmo é muito versátil, dinâmico e econômico.

Pensando em iluminação pública, a troca das luminárias de vapor de sódio, ou de mercúrio, por iluminação de LED, já consiste em uma redução considerável de custos, porém ainda há uma necessidade da redução maior destes custos.

3. OBJETIVOS

Minimizar o consumo de energia de luminárias externas usando detectores de presença, com baixo custo de investimento.

Através de um microcontrolador e atuadores, atuando nas malhas de LED’s de uma luminária externa, permitindo ficar em stand by (mínima faixa de LED’s) na ausência de pessoas.

Simular a economia de energia gerada em kW/hr.

4. METODOLOGIA

• Pesquisa de Campo e levantamento bibliográfico; • Montagem de esquemas elétricos;

• Adequações elétricas; • Fase de testes campo;

• Simulação de caso e análises de dados; • Conclusão do Projeto.

5. DESENVOLVIMENTO

A luz do fogo com o passar dos anos foi sendo aperfeiçoada pelo ser humano, o qual aprendeu a carrega-la com ele, para onde fosse; porém a luz artificial como se é conhecida hoje, demorou alguns anos para ser criada, vários inventores tentaram construir uma luz artificial, porém foi em 1879 que Thomas Edison criou a primeira lâmpada elétrica comercializável.

De tempos em tempos a tecnologia tem sido atualizada, juntamente com ela a iluminação em geral e seus tipos de lâmpadas:

• Lâmpada Incandescente; • Lâmpada Fluorescente; • Lâmpada Halógena;

• Lâmpada de Vapor (Mercúrio e Sódio); • Lâmpada LED.

Atualmente as iluminações estão sendo atualizadas para a Lâmpada LED.

“O que é um LED?”; em português significa Diodo Emissor de Luz, como o próprio nome já diz, é um condutor que, ao se energizar, emite luz visível ao olho humano. Porém a história do LED já não é tão nova, essa tecnologia foi criada em outubro de 1962 por Hick Holanyak Junior, contudo o LED traz várias vantagens, além do consumo reduzido de energia, há também a resistência física elevada, pois, a reduzida dimensão e uma vida muito longa, se forem respeitadas as condições de seu funcionamento. Depois da pesquisa em campo e levantamento bibliográfico, foi escolhido um modelo externo de luminária de 150 W para este projeto conforme figura 01, o qual foi desmontado para análise.

Figura 01: Luminária LED

Fonte: Autor.

Após análise detalhada da luminária foi criado em um esquema elétrico ilustrado na figura 02, e assim dando início a prototipagem em protoboard para um estudando a melhor forma de utilizar cada componente conforme figura 03.

Figura 02: Esquema elétrico

Fonte: Autor. Figura 03: Luminária LED

Fonte: Autor.

Com a distância coletada pelo sensor é feita uma comparação com a base de dados programados no microcontrolador (limitando a leitura do sensor até 30 cm); conforme a variação desta distância, é aproximada do sensor, o microcontrolador, manda um sinal para o relé de estado sólido simples que energiza os relés eletromecânicos e com isso as malhas de LED's se acendem.

A figura 04 demonstra o que acontece com o sistema conforme é variado a distância. Figura 04: Luminária LED

Fonte: Autor.

Ao validar o sistema foi remanejado esquema elétrico de forma a miniaturizar o protótipo para acoplar tudo dentro da própria luminária, conforme demonstrado nas figuras 05, 06, 07, 08, 09 e 10.

Figura 05: Esquema Elétrico Miniaturizado

Fonte: Autor.

Figura 06: Fase 1 da construção do módulo

Fonte: Autor.

Figura 07: Fase 2 da construção do módulo

Fonte: Autor.

Figura 08: Fase 3 da construção do módulo

Fonte: Autor.

Figura 09: Adaptação do Módulo na Luminária

Figura 10: Fase 4 da construção do módulo

Fonte: Autor.

6. RESULTADOS

Após testes finalizados foi feito uma simulação do funcionamento do novo circuito da luminária e foi programado várias situações de operação para viabilizar o projeto. A figura 11 apresenta a 1ª lógica de simulação no matlab para o primeiro estudo de caso.

Figura 11: Lógica 01 para Simulação

Fonte: Autor.

Na figura 12 é demonstrada a energia gasta e o valor da corrente para uma luminária a 100% de seu trabalho.

Figura 12: Gráfico de Energia e Corrente

Fonte: Autor.

Na figura 13 é demonstrado o estudo de caso do funcionamento a luminária de 100% a 25%.

Figura 13: Lógica 2 para Simulação

Fonte: Autor.

Na figura 14 é demonstrada a energia gasta e o valor da corrente para uma luminária a 100% a 25% de seu trabalho.

Figura 14: Gráfico de Energia e Corrente de 100% a 25%

Fonte: Autor.

Na figura 15 é apresentado o estudo de caso comprovando o funcionamento a luminária em tempos aleatórios.

Figura 15: Lógica 3 para Simulação

Fonte: Autor.

Na figura 16 é apresentado a simulação do estudo de caso comprovando o funcionamento a luminária com acionamentos aleatórios.

Figura 16: Esquema Elétrico Miniaturizado

Fonte: Autor.

Na figura 17 é ilustrada o estudo de caso para 1 luminária e como consumo de energia pode ser reduzido.

Figura 17: Consumo de 1 Luminária

Fonte: Autor.

Na figura 18 é ilustrada o estudo de caso para 105 luminária e como consumo de energia pode ser reduzido.

Figura 18: Consumo de 105 Luminária

Fonte: Autor.

Na figura 19 é ilustrada o estudo de caso de 105 luminária comparando o consumo de energia operando a 100% e de forma otimizada.

Figura 19: Esquema Elétrico Miniaturizado

Fonte: Autor.

Na figura 20 é mostra a luminária já instalada de forma provisória.

Figura 20: Esquema Elétrico Miniaturizado

Fonte: Autor. 3.780 2.835 1.890 ₉₄₅ 0 1.000 2.000 3.000 4.000 Energia (kWh/mês)

105 Lumiárias

105 Luminárias

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Como ideia inicial do projeto, a automatização da luminária iria ser diretamente nos LED’s das malhas (blocos), porém foi constatado através de analises mais profundas sobre a luminária, que dessa maneira não seria viável.

Pensando então em uma melhor forma de trabalho, decidiu-se alterar direto nos módulos (matrizes de LED’s) da luminária, separando-os em 4 módulos independentes, dessa forma não é interferido no rendimento e nem na vida útil.

Foram realizados vários testes e simulações no matlab, consolidando as teorias pesquisadas.

FONTES CONSULTADAS

Adas, Cláudio José; Simon Monk: Movimento, luz e som com Arduino e Rapberry Pi. Oliveira, Vilma: Engenharia de controle: Fundamentos e Aulas de Laboratório.

Sizemore, Jim; Mueller, John: MATLAB para Leigos.

Chapra, Steven C.: Métodos Numéricos Aplicados com MATLAB para Engenheiros e Cientistas.

Chapman, Stephen J.: Programação em MATLAB para Engenheiros. BOLZANI, Caio Augustus Morais. Residências Inteligentes. 1. ed. São Paulo: Livraria da Física, 2004. BRAGA, Newton C. Relés: Conceitos e Aplicações. 1. ed. São Paulo: Instituto Newton C. Braga, 2012.

CAPUANO, Francisco Gabriel; IDOETA, Ivan V. Elementos de Eletrônica Digital. 41. ed. São Paulo: Érica, 2015.

História da Lâmpada. História de Tudo. Disponível em:

<http://www.historiadetudo.com/lampada>. Acessado em julho de 2018

JUNIOR, Sergio Luiz Stevan; SILVA, Rodrigo Adamshuk. Automação e Instrumentação Industrial Com Arduino: Teoria e Projetos. 1. ed. São Paulo: Érica, 2015.

MONK, Simon. Movimento, Luz e Som Com Arduino e Raspberry Pi: Série Make. 1. ed. São Paulo: Novatec, 2016.

MURATORI, José Roberto; DAL BÓ, Paulo Henrique. Automação Residencial: Conceitos e Aplicações. 1. ed. São Paulo: Editora Educere, 2013.