TÍTULO: BUEIRO AUTONOMO TÍTULO:
CATEGORIA: EM ANDAMENTO CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS SOCIAIS E APLICADAS ÁREA:
SUBÁREA: Serviço Social SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO(ÕES): FACULDADE DE JAGUARIÚNA - FAJ INSTITUIÇÃO(ÕES):
AUTOR(ES): RONALDO HENRIQUE CANALE AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): RAPHAEL ISSAMU TSUKADA ORIENTADOR(ES):
CONTROLE E AUTOMAÇÃO DE SISTEMA DE ESGOTO Control and automation of the sewage system
CANALE, Ronaldo Henrique Universidade de Jaguariuna
2 RESUMO
A proposta do trabalho é apresentar um controle de monitoramento do lixo acumulado em bueiros e remoção de forma automática tanto em grandes metrópoles quanto em cidade pequenas. O sistema de controle local dos bueiros conta com uma Rede de Sensores sem Fio, onde esses sensores são integrados a um sistema supervisório, podendo ser utilizados como banco de dados, permitindo a visualização em tempo real no próprio equipamento do lixo acumulado e podendo assim realizar a remoção do lixo de acordo com limites pré-estabelecidos no projeto. Uma opção de monitoramento via SMS, através de um software desenvolvido na plataforma Android, especialmente dedicado para este tipo de projeto também é citado. Com a elaboração desse projeto foi possível notar que uma Rede de Sensores é muito eficaz e versátil, com a possibilidade de monitorar vários bueiros ao mesmo tempo e ter uma controle eficaz de lixo acumulado e sua remoção.
3 ABSTRACT
The purpose of this work is to present a monitoring control of the garbage accumulated in sewage sludge and automatic removal in both large metropolises and small towns. The local control system of the culverts counts on a Network of Wireless Sensors, where these sensors are integrated to a supervisory system, being able to be used like database, allowing the real time visualization in the own equipment of the garbage accumulated and can thus realize the removal of garbage according to pre-established limits in the project. An option of monitoring via SMS, through software developed on the Android platform, especially dedicated to this type of project is also cited. With the elaboration of this project it was possible to notice that a Network of Sensors is very effective and versatile, with the possibility to monitor several culverts at the same time and to have an effective control of accumulated litter.
4 INTRODUÇÃO
Questões relativas ao lixo não são restritas apenas às sociedades modernas, tampouco problemas exclusivos de sociedades antepassadas (WALDMAN, 2010). Os padrões de higiene urbana, incluindo a coleta seletiva, eram relativamente altos na Idade Média, declinando depois do ano de 1500 e ainda rapidamente após 1800, com ascensão das primeiras cidades industriais ( Burke,2001). Devido ao aumento populacional consequentemente o aumento do lixo gerado é inevitável porem se não for descartado corretamente poderá acarretar inúmeros problemas para a polução das cidades tais como doença, inundações, enchentes e prejuízos financeiros. Cidades como São Paulo cada vez mais vêm investindo em soluções para o acumulo de lixo. A prefeitura de São Paulo tem um órgão CGE(Centro de Gerenciamento de Emergência) que foi criado em 1999 ano em que ocorreu grandes inundações esse setor da prefeitura de São Paulo tem como intuito monitorar as condições meteorológicas na Capital. Um dos principais motivos de alagamentos é o descarte inadequado do lixo onde quando jogado nas ruas durante as chuvas acumulam nas galerias e limitam o escoamento da água nas galerias pluviais e gerando inundações e congestionamentos e possíveis acidentes.
Com a necessidade cada vez mais de conscientizar a população e indústrias a descartar o lixo gerado de forma adequada preservando a natureza e recursos naturais com a necessidade desenvolver soluções práticas e inovadoras para diminuir o impacto do ser humano a natureza, surge a necessidade de otimizar o lixo acumulado em bocas de lobo e redes fluviais. Neste contexto, o uso de uma Rede de Sensores, monitoramento e automação de retirada do lixo é muito oportuno e eficaz. Quanto maior for o controle, mais importantes se tornam o "conhecimento" e a "tecnologia", como determinantes do desenvolvimento (Jiggins,1994), (EMBRAPA, 2000).
Um fator muito relevante de pesquisas tecnológicas sobre o acumulo de lixo em bueiros e córregos é o recurso gasto em Prefeituras como, por exemplo, os de São Paulo que no ano de 2017 gastou entornam de R$ 84.2 milhões de reais com manutenção de bueiros e córregos. Apesar de haver inúmeros bueiros e boca de lobo na cidade de São Paulo na Zona Sul, Oeste e Centro cerca de 400 bueiros já possuem sistemas inteligentes que monitoram o lixo armazenado em bueiros e boca de lobos onde seus custos de manutenção giram entorno de R$ 300,00 reais por
5 bueiro. Vale ressaltar que “As prefeituras tem a obrigação de dar uma destinação adequada para os diversos tipos de lixo captados nesses bueiros inteligentes” (segundo Carlos Chiaradia, dono da empresa Consultoria Ecco), devido a utilidade e eficácia tipos de bueiros a Prefeitura de São Paulo publicou no Diário Oficial a sanção da lei que prevê a instalação dos equipamentos “como forma de prevenir e minimizar os problemas causados pelas chuvas”(Prefeitura de São Paulo,2017).
Esse monitoramento e análises condizem com pesquisas que direcionam o setor publico tais como prefeituras e órgãos do estado que retira em media quase 20 toneladas de lixo diariamente nas grandes cidades, na cidade de São Paulo são retirados diariamente 18 toneladas de lixo diariamente e cerca de 3200 pessoas trabalham na coleta de lixo, limpeza da ruas, bueiros, córregos e etc, contento cerca de 500 veículos relacionados a essas atividades percorrendo uma área de 1500 Km² atendo assim diariamente cerca de 11 milhões de pessoas(Prefeitura de São Paulo,2018).
Dessa forma a proposta de um bueiro automatizado para Monitoramento e limpeza do lixo cumulado em seu interior converte-se em uma ferramenta extremamente eficiente para prefeituras, governo e indústrias que buscam prevenir e evitar enchentes e preservar os mananciais e natureza.
Para este trabalho, são indicados sensores ou sistemas de monitoramento, retirada do lixo automaticamente com um sistema de RFID e seu acionamento realizado a partir dos valores estabelecidos para cada bueiro monitorado.
Após a elaboração do protótipo e a validação do mesmo através de testes e simulações, é possível concluir que é uma proposta viável para ser implementada em campo, tendo em vista que o desenvolvimento tecnológico e de grande utilidade publica.
6 DESENVOLVIMENTO
REDE DE BUEIRO CONVENCIONAL E AUTOMATIZADO
O projeto consiste na implementação de uma prova de conceito através da construção de bueiros automatizados com sistema de controle e monitoramento de lixo acumulado, porem nos bueiros e boca de lobo convencionais não e possível verificar a quantidade de lixo acumulado somente é verificada na manutenção onde caso essa manutenção não ocorra na data prevista poderá ocasionar enchentes em períodos chuvosos. A figura 1 apresenta um exemplo de Bueiro Convencional acumulo de lixo por falta de manutenção e Figura 2 modelo de bueiro inteligente.
Figura 1. Exemplo de Bueiro convencional com acumulo de lixo.
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DESENVOLVIMENTO
O projeto busca desenvolver os conhecimentos sobre o controle e monitoramento de bueiros automatizados. Consiste na exploração a adaptação de modelos variados de sensores, explorando a comunicação sem fio.
Por meio de testes comparativos foi possível validar a funcionalidade de diferentes sensores, além disso, um sistema de controle e monitoramento de lixo em bueiros acionado através de um sensor e célula de carga que quando atinge um percentual de 70% envia um sinal via Wifi a uma central dedicada e supervisionada por software que quando atingir os limites pré-estabelecidos comunica ao operador do sistema que realize a limpeza do bueiro.
Todos os dados são enviados para um banco de dados, que permite a visualização das informações em tempo real do acumulo de lixo no bueiro, e quando sua condição for atingida envia um sinal para a central e também via SMS para a equipe, mas próxima do local do bueiro que precisa realizar a limpeza.
Os primeiros testes foram realizados em protoboard, após a validação do circuito foi desenhada uma placa de circuito impresso, as figura 2, 3 e 4 ilustram respectivamente o diagrama funcional do sistema, o diagrama em blocos e o fluxograma.
Sensor Célula de carga 50Kg
1
Microcontrolador Verifica a carga que existente no bueiro "programado" envia um
sinal para a central de monitoramento
2
Todas as informações/dados são armazenadas no sistema supervisório. Acompanhamento em tempo real.3
8 1. O sensor de célula de carga enviam os dados para o micro controlador.
2. O micro controlador verifica a carga residual no interior do bueiro se a carga estiver entre 0 a 69% não a há necessidade de enviar um sinal para a central de monitoramento caso o lixo acumulado esteja entre 70% envia um sinal para a central de monitoramento que envia um sinal para que o bueiro seja limpo.
3. Todas as informações de monitoramento do bueiro solo e acionamento (Valores lógicos 0-1) são armazenados no sistema supervisório, através da criação dos devidos data points.
Figura 3. Diagrama em bloco
SOFTWARE
Para armazenamento de dados e coleta existem varias plataformas que realizam essas funções tais como ScadaBr, Scanmob, Fastfor entre outros, para o desenvolvimento do projeto será utilizado o software ScadaBr por ser uma plataforma gratuita, e de fácil compilação de dados .Um sistema supervisório é necessário para ter um controle das informações, elas são fornecidas em intervalos de tempo curtos, podendo assim realizar um acompanhamento em tempo real.
O ScadaBR realiza a função de controle supervisório e aquisição de dados, unidades terminais remotas ou outros instrumentos de aquisição, formatam esses dados, e os apresenta ao usuário em uma multiplicidade de formas numa tela de computador, fornecendo as mais diversas informações do processo monitorado.
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Figura 4. Diagrama das atividades realizadas para realizar a comunicação do Arduino com o sistema
supervisório.
HARDWARE
A escolha de um micro controlador se deve a grande vantagem de ter a sua disposição uma plataforma de hardware configurável via firmware dispensando em muitos casos os conhecimentos em eletrônica digital e arquitetura de micro-controladores em relação ao controlador da placa, bastando conhecimento em algoritmos para fazer uma aplicação.
O kit de desenvolvimento empregado é composto por um Arduino UNO R3 (ARDUINO®) (mostrado na figura 5), uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única, sendo projetada com um micro controlador Amtel AVR com suporte entrada/saída embutido, e linguagem de programação padrão C/C++.
Figura 5. Arduino UNO R3 (ARDUINO®)
10 SENSORES
Sensores de diversas utilidades e funções são utilizado em inúmeros seguimentos na automação facilitando a programação e interpretação de sinais de posicionamento, temperatura, velocidade, PH, nível, altura e etc.
Para o envio de sinais do projeto será necessário uso de sensores de presença, posicionamento avanço e recuo, célula de carga. Foram utilizados sensores com preço de mercado e especificações diferentes devido a inúmeros modelos. Para o desenvolvimento do projeto serão utilizados seguintes sensores e especificações:
Sensor De Movimento Presença Pir
O sensor de movimento PIR DYP-ME003 consegue detectar o movimento de objetos que estejam em uma área de até 7 metros, caso algo ou alguém se movimentar nesta área o pino de alarme fazendo a leitura com qualidade da carga e de rápida comunicação e envio para o controlador programável monitorando a carga acumulada no interior do bueiro.
Figura 6. PIR-DYP-ME003
Fonte : https://www.filipeflop.com/blog/acendendo-uma-lampada-com-sensor-de-presenca
Sensor Fim De Curso Reed Dz3 Dz4 Dz Nano
O sensor fim de curso Reed Dz3 Dz4 envia um sinal de posicionamento dos motores para o micro controlador que processa a posição do cesto coletor de lixo no interior do bueiro durante o processo de limpeza e remoção do lixo.
Figura 7. Reed Dz3 Dz4
11 Sensor Célula de Carga
O sensor de célula de carga usado no projeto é o mesmo de balança de banheiro onde tem com características baixo custo, compactos, robustos a exposição ao clima, leitura precisa e de fácil comunicação com o micro controlador. Sua leitura de peso ira identificar a carga existente no interior do cesto coletor de lixo no interior do bueiro onde sua capacidade de leitura chega ate os 50 kg porem a carga definida pelo projeto será de 34.5 Kg para poder enviar o sinal que o bueiro esta com sua capacidade máxima e necessita a remoção do lixo.
Figura 7. Celula de carga
Fontes : https://www.filipeflop.com/produto/sensor-de-peso-50kg-celula-de-carga/
Sistema RFID
Devido a necessidade de usar a tecnologia para comunicação de dados, segurança, controle, o sistema de identificação RFID se torna de grande utilidade em projetos que necessitam de comunicação via Wireless e armazenamento de dados. No projeto citado quando o bueiro atingir a capacidade máxima e enviar um sinal para a central enviar uma equipe para remoção do lixo acumulado, quando a equipe chegar ao local de remoção do lixo bastara usar um cartão com RFID para a identificação da equipe que esta realizando a limpeza e acionar o sistema de elevação do bueiro para a remoção do lixo.
Figura 8. Modulo RFID
12 PROGRAMAÇÃO
Com o desenvolvimento da tecnologia novas plataformas de programação se tornaram de grande utilidade na automação atendendo desde simples projetos ate projetos complexos. Há vários tipos de software de programação tais como Java, C, C++, Matlab, Assembly, Ladder entre outros. Para o desenvolvimento do projeto sua programação será desenvolvida com linguagem C++ na plataforma do arduino, onde além de ser uma plataforma gratuita de programação vem sendo muito utilizado didaticamente em faculdades, escolas técnicas e também em empresas.
A programação do projeto é de fácil interpretação onde ira realizar todo a parte de comunicação, leitura, dos componentes elétricos, eletrônicos e mecânicos fazendo assim que o software supervisório tenha tomadas de decisão. Toda programação além de atender o projeto e seus requisitos, deve-se preocupar com a segurança de quem operar ou manuseia qualquer equipamento elétrico, mecânico entre outros visando se adequar as normas regulamentadoras visando desenvolver um projeto adequado ao mercado.
13 COCLUSÃO
Com o estudo realizado para o desenvolvimento do projeto de bueiros inteligentes visando através de um cesto coletor acumular resíduos como madeira, plástico, metal entre outros, onde esse resíduo e bueiros são monitorados por uma rede Wifi que comunica com um software de supervisão coletando dados e gerando ações como a limpeza, verificação e controle. Como cada vez, mas a população vem crescendo consequentemente haverá o aumento de lixo onde a necessidade de que haja a conscientização da população sobre o descarte desse lixo.
Porem o projeto de bueiros inteligentes pode ser de grande utilidade, pois além de ser de baixo custo e manutenção impedindo que resíduos cheguem as mananciais preservando a natureza e economizando recurso que são gasto para limpeza de rios, esgotos entre outros.
A principal característica do projeto visa melhorar cotidiano das pessoas, pois com a redução de lixo acumulado em bueiros, bocas de lobo e ruas, poderão diminuir o numero de enchentes que são ocasionadas por acumulo de lixo que causam a sociedade inúmeros dados e custos e também preservar a natureza com a diminuição do lixo jogado em mananciais e melhorando a qualidade de vida.
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+de+dados&gs_l=psy- ab.3...29781.43358.0.43936.44.40.1.0.0.0.162.4027.14j23.37.0..2..0...1.1.64.psy-ab..6.33.3379.0..0j35i39k1j0i131k1j0i67k1j0i131i67k1j0i10i67k1j0i10k1j0i13k1j0i19k1 j33i160k1.0.-_fSyG4mPOk> Acessado em 05 de março de 2018.
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