_____________________________________________________________________________

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GARÇA “DEP. JÚLIO JULINHO MARCONDES DE MOURA”

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

BRUNO INÁCIO KIMOTO

AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL

GARÇA 2014

_____________________________________________________________________________

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GARÇA “DEP. JÚLIO JULINHO MARCONDES DE MOURA”

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

BRUNO INÁCIO KIMOTO

AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL

Artigo apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – Fatec, como requisito para conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial.

Orientador: Prof. Dr. José Arnaldo Duarte

GARÇA 2014

_____________________________________________________________________________

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE GARÇA “DEP. JÚLIO JULINHO MARCONDES DE MOURA”

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

BRUNO INÁCIO KIMOTO

AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL

Artigo apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – Fatec, como requisito para conclusão Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores:

Data da Aprovação:

GARÇA

2014

AQUECEDOR SOLAR COM CONTROLE DIGITAL

BRUNO INÁCIO KIMOTO¹ bruno_kimoto@hotmail.com

PROF. JOSÉ ARNALDO DUARTE²

josearnaldoduarte@hotmail.com

Abstract: A practical and economical alternative to reduce electric energy consumption is to use solar energy as a heat source for heating water, replacing the traditional electric shower which is the most common way to hit water for bathing in Brazil. There are several types of solar water heaters available in the market. They are more modern and more efficient, but, besides being, more modern and more efficient, they still run with technical problem of temperature control. They are, controlledby the use of electrical resistance and temperature sensor. It trigs the water tank resistance when the temperature is below as programmed, requiring continuous intervention by the user, switching the on and the off system, to avoid unnecessary consumption of energy when there is no consumption. As a solution to this problem is will be developed in this paper a prototype of an intelligent temperature control system using a microcontroller, seeking greater energy savings and comfort for consumers. Keywords: Energy Consumption. Electric Energy. Solar Energy. Temperature Control. Energy Saving. Resumo - Uma alternativa prática e econômica para a redução do consumo de energia elétrica é utilizar a energia solar como fonte de calor para o aquecimento de água, substituindo o tradicional chuveiro elétrico, aparelho mais comum no Brasil para esta finalidade. Existem vários modelos de aquecedores solares disponíveis no mercado, cada vez mais modernos e mais eficientes, mas ainda esbarram em um problema técnico de controle de temperatura, controlando-a utilizando resistência elétrica e sensor de temperatura, acionando a resistência quando a temperatura estiver abaixo do programado, necessitando de intervenção contínua do usuário, ligando e desligando sistema, para evitar o consumo desnecessário de energia em horários em que não haja consumo. Como solução para este problema será desenvolvido neste trabalho um protótipo de um sistema inteligente de controle de temperatura utilizando um microcontrolador, visando maior economia de energia e conforto para o consumidor. Palavras-chave: Consumo de Energia. Energia Elétrica. Energia Solar. Controle de Temperatura. Economia.

____________________________________________________________________________

1 Aluno do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial. Faculdade de tecnologia de Garça. 2 Docente da Faculdade de Tecnologia “ Dep. Júlio Julinho Marcondes de Moura”

4

1 INTRODUÇÃO

O tema escolhido para a realização do projeto de pesquisa científica, para o

artigo está relacionado ao curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, com uso

de recursos da mecatrônica, por meio da eletrônica e da informática. É um assunto

atual e sua relevância social e científica refletem os benefícios à comunidade, como

a economia de energia utilizada para o aquecimento de água e como referencial

para outros pesquisadores ou pessoas que tenham interesse em conhecer a

pesquisa.

O consumo desenfreado dos recursos naturais e de energia elétrica teve

início com o advento da Revolução Industrial, e evoluiu principalmente a partir de

1860, o que corresponde a sua segunda etapa, cujas principais inovações foram a

utilização do aço, dos combustíveis decorrentes do petróleo e da energia elétrica.

Embora o avanço tecnológico represente o desenvolvimento econômico e

social, a natureza começou a sentir os impactos causados pela apropriação

desordenada de seus recursos, o que tem provocado sérios problemas ambientais,

extensos aos seres humanos, como os desmatamentos, as queimadas, a poluição

da água e do ar, culminando com o esgotamento de alguns desses recursos

naturais.

Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), 63,44% da

geração de energia elétrica do país são oriundos das usinas hidrelétricas, tendo

pouca contribuição de outras formas de geração de energia como térmica a gás,

petróleo e nuclear e menos ainda de fontes alternativas como a fotovoltaica que não

representa 1% da geração de energia elétrica nacional. Essa correlação de uma

fonte de geração de energia, que dependente de fatores climáticos, expôs o país a

situações como o apagão em 2001, que com a falta de investimentos públicos e a

ausência de chuvas afetou a geração de energia e a economia do país. Assim como,

em 2015 haverá um aumento na tarifação de energia para compensar gastos com a

geração no ano anterior, devido à escassez de chuva, reduzindo a vazão das

hidrelétricas, o que obrigou o aumento da busca pelas termelétricas, para preservar

o nível dos reservatórios até o fim da estiagem, que possui um custo de geração

superior comparada com as hidrelétricas.

Os altos custos de pesquisas para desenvolvimento de novas fontes de

energia agravam ainda mais esta situação, por esse motivo, segundo a ANEEL a

5

legislação brasileira determina que as distribuidoras de eletricidade destinem 0,25%

de sua receita operacional líquida a programas e ações que se caracterizem pela

eficiência energética.

De acordo com a Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2012, p. 58), “As

projeções da demanda para este século, estabelecem quantidades sem precedentes

para evitar um colapso, tanto econômico como energético”. Essas projeções de

consumo indicam um aumento de 50% de 2012 a 2022, deixando evidente a

necessidade de gerar e aproveitar de forma eficaz a energia, e, devem ser

consideradas as chamadas fontes de energia limpa, que atualmente não são

utilizadas na escala que deveriam e nem aprimoradas para uma maior eficiência

energética.

Uma das fontes de energia limpa e renovável é a energia solar, através de

células fotovoltaicas, que absorvem a energia dos fótons da luz solar e a transfere

para os elétrons, dando-os movimento, que por sua vez, gera a corrente elétrica.

Esta forma de geração ainda é pouco usufruída devido ao alto custo de instalação,

fabricação e complexidade de instalação.

A energia solar também pode ser utilizada para o aquecimento de água em

residências e indústrias, mas devido ao seu armazenamento e a dependência de

fatores climáticos ainda causa certa insegurança do consumidor. A utilização desse

tipo de energia em sistemas de aquecimento carece de fonte auxiliar, pois há dias

que a radiação solar é insuficiente para o fornecimento de água quente,

evidenciando a necessidade da utilização dessa fonte, que podem ser a gás, energia

elétrica ou carvão.

Nas indústrias, em tempos de concorrência acirrada e necessidade de

diminuir custos, adotar a energia solar pode ser uma alternativa para a economia de

energia, principalmente no Brasil onde o custo da energia elétrica industrial

comparado a média das tarifas de China, Índia e Rússia é 134% maior (QUANTO

CUSTA ..., 2011), evidenciando a necessidade das indústrias brasileiras buscarem

alternativas para se tornarem competitivas no mercado externo.

Nas residências, o chuveiro elétrico é o dispositivo de aquecimento de água

mais utilizado no Brasil, e isso equivale a bilhões de kWh de energia elétrica gastos

por ano para esse fim. Com o aproveitamento da energia solar, através de coletores,

que tem aplicação residencial e comercial para aquecimento de água, podem-se

6

obter resultados expressivos na redução de gastos com energia elétrica para essa

finalidade.

Fator essencial, principalmente a partir de 2015, ano em que será

empregada uma nova forma de tarifação de energia, o Sistema de Bandeiras

Tarifárias, onde as condições de geração de eletricidade e horário de utilização

implicarão alterações em seu valor ou para o consumidor que optou por outra forma

de tarifação, a Tarifa Branca, a qual entrou em vigor em Março de 2014, onde o

valor da energia varia em três faixas horárias, de ponta, intermediário e fora de

ponta. No período de ponta o valor do kWh aumenta, pois é o horário em que o

sistema de distribuição de energia encontra-se sobrecarregado, o período

intermediário é adotado uma hora antes do período de pico e uma hora após, e o

valor do kWh é menor que no período de ponta, mas ainda maior que no período

fora de ponta. O período denominado fora de ponta é quando o sistema se encontra

ocioso, portanto o valor do kWh cai consideravelmente em relação ao período de

ponta.

Este novo tipo de tarifação foi implantado para tentar deslocar o consumo de

energia acumulado no período de ponta, para outros horários, mas para algumas

pessoas não há como adaptar seu consumo a esses horários, ocasionando aumento

na conta de energia.

Neste trabalho será apresentada uma alternativa para esse perfil de

consumidor, utilizando a metodologia de pesquisa experimental, na qual segundo

(GIL, 1991, p. 53) é o tipo de pesquisa que consiste em determinar o objeto de

estudo, verificar as variáveis que possam afetá-lo e definir as formas de controle e

observação dos efeitos causados pelas variáveis no objeto, ou seja, a pesquisa

experimental proporciona o conhecimento empírico e aproxima o conhecimento da

realidade, por isso é considerado complexo, pois o risco de cometer erros ou

generalizar conclusões é alto.

A energia solar será aproveitada para o aquecimento da água e associada a

um controle eletrônico de temperatura, possibilitando a economia de energia e

melhora na qualidade de vida das pessoas.

Com o auxílio de um software de controle que monitorará a temperatura da

água no reservatório e o horário atual, que serão programadas de acordo com o

perfil do usuário, ele acionará ou não a resistência elétrica, fonte de energia auxiliar

para o sistema de aquecimento solar, em virtude dessas duas variáveis. Evitando

7

assim, a utilização da energia elétrica no horário de pico, das 18h ás 21h, onde o

valor do kWh será elevado. Além disso, no inverno, será possível utilizar água em

temperaturas elevadas proporcionando conforto e bem-estar.

2 DESENVOLVIMENTO

Para o desenvolvimento do protótipo foi necessário um aprofundamento

teórico em aquecedor solar e microcontroladores, principal componente e

responsável pelo controle e redução do consumo de energia auxiliar necessária nos

aquecedores solares propostos neste trabalho.

2.1 Aquecedor Solar

Segundo Soletrol os aquecedores solares como conhecemos foram

desenvolvidos ainda no século XIX, e como todas as novas tecnologias, não eram

acessíveis a todos devido ao alto custo e baixa eficiência se comparados aos

modelos atuais. No Brasil eles surgiram na década de 70, como uma alternativa para

a crise do petróleo, quando descobriram que o recurso natural não é renovável,

ocasionando aumentos exorbitantes nos preços, afetando potências econômicas

como os Estados Unidos e Europa, desestabilizando a economia global. Na década

de 90 ocorreu uma expansão, aumentando as exigências dos consumidores e o

interesse de empresários em fazer parte de um mercado em constante ascendência.

Este aumento da demanda por aquecedores solares estão diretamente

ligados a consciência da população por fontes alternativas de energia e pesquisas

realizadas no Brasil todo que compravam a sua viabilidade. Segundo dados do Atlas

Solarimétrico do Brasil (2000, p.89) a média anual de insolação no estado de São

Paulo é em geral 6 horas diárias, o que proporciona um tempo hábil de exposição do

coletor à luz solar, onde a energia será transmitida para o fluído, no caso a água.

A figura 1 ilustra o funcionamento de um aquecedor solar convencional,

onde a água fria entra no reservatório pela parte inferior, de onde sai para o coletor,

é aquecida e volta para a parte superior do reservatório, devido a diferença de

densidade causado pelo aumento da temperatura a água quente tende a ficar na

parte superior, de onde sai para o consumo.

8

Figura 1 - Aquecedor Solar

Fonte: Infra Estrutura Urbana, 2010

Atualmente existem vários modelos de diferentes fabricantes, dimensões,

valor e eficiência no mercado, mas basicamente todos operam de forma semelhante,

com a diferença de que alguns modelos mais modernos possuem um sistema

auxiliar de controle de temperatura da água no reservatório, o termostato, composto

por um sensor de temperatura que caso ela esteja fora da preestabelecida, é

acionada um resistor elétrico para o aquecimento da água no reservatório, pensado

principalmente para dias em que fatores climáticos afetam a intensidade da radiação

solar, já outros modelos mais simples operam apenas com a irradiação da luz solar

em seus coletores.

Estes sistemas de controle acabam, em muitas vezes, transformando uma

solução para dias adversos em problemas, pois seu funcionamento utiliza como

único parâmetro a temperatura da água no reservatório, controlando-a para que

esteja sempre na temperatura ideal para o uso, ocasionando despesas

desnecessárias com energia caso o usuário não desabilite o sistema de controle em

horários ociosos.

2.1.1 Estudo de Consumo de Energia

VIEIRA (2001) fez um estudo utilizando o software TRNSYS para simular

sistemas de aquecimento utilizando energia solar para uma residência de cinco

9

pessoas e três perfis de consumo, um distribuído ao longo do dia, outro com

consumo concentrado no final da tarde e noite, e por fim um com consumo

concentrado às 18h, e verificou que de acordo com o perfil do usuário as

configurações de sistemas são distintas para o mesmo consumo de energia auxiliar.

Para a maior eficácia do sistema de aquecimento ele propôs, por exemplo,

ao perfil de consumo ao longo do dia, o redimensionamento do mesmo, mudando o

ajuste do termostato de 60ºC para 43ºC e a relação volume do reservatório/área do

coletor/ volume de consumo de 50 litros/1m²/50 litros para 200 litros/1m²/50 litros e

para o uso racional e inteligente desta energia ele sugeriu a instalação de um

Controlador Lógico Programável (CLP) para realizar a leitura da radiação solar e

controlar o horário de acionamento do resistor auxiliar de aquecimento, desativando

o resistor das 21h às 9h, e conseguiu uma considerável economia de energia

elétrica utilizada para este fim durante o ano.

Fazendo uma análise comparativa de dois casos com o mesmo número de

coletores e consumo idêntico, o primeiro caso utilizando um reservatório de 375

litros e termostato ajustado em 60ºC e no segundo caso um reservatório de 1000

litros e o termostato ajustado em 43ºC com a utilização do CLP controlando o horário

de acionamento, ele obteve, mesmo com essa grande diferença na capacidade do

reservatório, uma considerável economia no consumo da fonte de energia auxiliar

por ano, apenas com o ajuste da temperatura do termostato e o controle feito por um

CLP. Ficando evidente a necessidade de um controle sobre a fonte de energia

auxiliar em sistemas de aquecimento solar.

A sugestão de VIEIRA foi a utilização de um CLP, considerado um

computador de pequeno porte, é um controlador com memória programável,

resistente e robusto, projetado para controlar processos em ambientes hostis como

poeira e ruídos, portanto um dispositivo indicado para ambientes industriais. Estas

características agregam valor, tornando-o um dispositivo com custo relativamente

elevado, por isso é necessária uma análise do projeto para comprovar a sua

necessidade e viabilidade.

Para o controle proposto neste trabalho o uso do CLP, se tornaria inviável

para o uso doméstico, pois além de encarecer o produto e torná-lo viável apenas

para o uso industrial ou comercial, haveria um superdimensionamento do projeto,

pois seria utilizada apenas uma pequena parte dos recursos disponíveis, como

entradas e saídas analógica-digital.

10

2.2 Histórico dos Microcontroladores

Nesse contexto encontra-se a utilização do microcontrolador, componente

que segundo AYCOCK surgiu na década de 70, criado por dois engenheiros da

Texas Instruments, o TMS 1000, era um microcontrolador de 4 bits com memórias

ROM e RAM incorporadas e utilizado internamente pela empresa em calculadoras,

mas só em 1974 após algumas melhorias ele foi colocado à venda para indústrias

do mercado eletrônico. A Intel, por sua vez, lançou o microcontrolador mais popular

de 8 bits e sinônimo de projeto eletrônico mais duradouro de todos os tempos em

1980, o 8051 da família MCS-51 produzido até hoje.

Atualmente muitas empresas fabricam microcontroladores baseados nele,

adicionando alguns outros periféricos como comparadores, conversores analógico-

digital, entre outros. Segundo NICOLOSI (2006, p. 70, 71) fabricantes como a

Siemens, Fujitsu, AMD (Advanced Microcontroller Device) e Oki também possuem a

autorização para fabricá-lo, com o avanço da tecnologia existem versões de

microcontroladores dessa mesma família que utilizam a tecnologia CMOS, que

proporciona o aumento da velocidade e a redução de seu consumo de energia, e

uma família que contém microcontroladores com a mesma arquitetura do 8051, mas

com palavras de 16 bits e um clock mais poderoso de 30 MHz, denominada 8051

“XA” aumentando consideravelmente sua capacidade de trabalho.

Há alguns anos o microcontrolador era utilizado apenas em alguns produtos

específicos devido ao alto custo, mas com o avanço da tecnologia e o aumento da

oferta este cenário mudou e com isso tem ganhado papel de destaque,

principalmente por proporcionar soluções para problemas simples e complexos com

baixo custo e consumo de energia, chegando a faixa dos nanowatts quando estão

no modo espera, característica muito importante e vantajosa em um mercado

competitivo e exigente.

2.2.1 Microcontroladers x Microprocessadores

O microcontrolador é na verdade um computador em menor escala de

tamanho e processamento

11

Freqüentemente são comparados aos microprocessadores, mas as

principais diferenças são que nos microprocessadores há a necessidade de

componentes externos para o seu funcionamento, como memórias, componentes

para receber e enviar dados e o clock, responsável pelo sincronismo das atividades

e representam o número de ciclos dentro de uma determinada medida de tempo,

que atualmente estão na faixa dos Gigahertz (GHz) nos microprocessadores,

enquanto nos microcontroladores ficam apenas na faixa de alguns Megahertz (MHz).

Portanto enquanto um microprocessador de 4 MHz trabalha com quatro milhões de

ciclos por segundo, um microprocessador comum nos computadores pessoais de

2.4 GHz, por exemplo, é seiscentas vezes mais potente. A figura 2 ilustra

perfeitamente os dois componentes.

Figura 2 - Microcontrolador e Microprocessador

Fonte: NICOLOSI, 2006, p. 65.

A vantagem dimensional e a desvantagem de processamento fazem do

microcontrolador o componente perfeito para o controle de sistemas embarcados, ou

seja, no qual o controle é dedicado, realizando um conjunto de tarefas predefinidas.

2.2.2 Microcontroladores

Atualmente é utilizado em praticamente tudo o que se encontra, como nos

eletrodomésticos, telefones e aparelhos celulares, aparelhos eletrônicos que

12

possuam interface com o usuário, nos carros, controlando o sistema de freios ABS,

controle de tração, entre outros. Proporcionando maior eficiência do aparelho e

segurança, provando ser um componente versátil e proveitoso para inúmeras

aplicações de diferentes ramos.

Para o seu funcionamento e controle, é necessário criar e gravar em sua

memória a lógica de operação na forma de um programa. Segundo CETINKUNT

(2008, p. 115) o microcontrolador pode ser programado utilizando a linguagem C,

assembly ou mesmo a mistura das duas linguagens no mesmo arquivo, de acordo

com o compilador escolhido. A linguagem de programação mais utilizada é a C, pois

grande parte dos microcontroladores do mercado possuem compiladores que

suportam essa linguagem, que segundo PEREIRA (2008, p. 18) além da grande

velocidade na criação de novos projetos ela permite a migração de programas de

um sistema para outro com apenas algumas adaptações e atualmente é a

linguagem de programação mais eficiente disponível, característica muito importante

se tratando de microcontroladores, que possuem recursos limitados. Suas principais

vantagens são a flexibilidade e portabilidade, possibilitando a execução em outras

plataformas com, apenas, algumas modificações.

Para SOUZA (2000, p. 4) “Quanto à “inteligência” do componente, podemos

associá-la à Unidade Lógica Aritmética (ULA), pois é nessa unidade que todas as

operações matemáticas e lógicas são executadas” ficando evidente a importância da

ULA. Já para NERYS (p. 24) a quantidade de registradores é essencial para a

execução das tarefas, por possibilitarem a movimentação de dados muito mais

rápida que das memórias, pois evita vários modos de endereçamento. Uma

vantagem da arquitetura RISC é que nela há um grande numero de registradores,

proporcionando o processamento mais ágil, característica que segundo dados da

MICROCHIP o PIC16F877A, escolhido neste trabalho, possui um conjunto de 35

instruções RISC, assegurando a agilidade no processamento de dados para o

controle do processo.

Após tais características fica evidente que eles são ideais para aplicações

onde há exigência de baixo consumo de energia e custo, como é o caso da proposta

do projeto desenvolvido neste trabalho.

2.3 METODOLOGIA DO PROTÓTIPO

13

Como prática, o desenvolvimento de um protótipo com a utilização de um

aquecedor solar em tamanho reduzido, como mostra a figura 3, composto por

coletor de tubos de cobre e o reservatório, denominado boiler, onde a água é

armazenada e isolada termicamente do meio externo. O boiler é essencial para o

sistema, pois garante que a água previamente aquecida possa ser mantida em

condições para o uso noturno, ou mesmo em caso de chuva. Segundo (SIQUEIRA,

2009) o boiler possui duas camadas em alumínio, cobre ou inox e entre elas um

material que tenha como característica baixa taxa de condutividade térmica, como a

lã de vidro ou espuma de poliuretano, atenuando as perdas térmicas para o

ambiente. Estas características fazem deste o componente de maior custo do

sistema de aquecimento.

Figura 3 - Aquecedor Solar

Fonte: Próprio Autor

Além do dispositivo desenvolvido no trabalho que controla a temperatura da

água no reservatório com o acionamento de uma fonte de energia auxiliar, para

efeito de testes, foi utilizado um resistor de chuveiro convencional, devido ao

tamanho do reservatório disponível seria inviável a utilização de um resistor de

aquecedor solar ou outro de diferente finalidade e maior.

Este dispositivo, figura 4, necessita de uma fonte de energia de 5V para o

seu funcionamento, portanto são necessárias duas tensões diferente, uma de 5V

14

para o funcionamento do dispositivo e outra de 220V ligada ao relê, para o

aquecimento da água. Apesar da necessidade desta fonte para o funcionamento do

dispositivo, ela não acarreta grande aumento no consumo de energia.

Figura 4 - Dispositivo de controle

Fonte: Próprio Autor

2.3.1 Relógio

No desenvolvimento do protótipo, primeiramente foi realizado um estudo da

forma como o microcontrolador marcaria o horário real, e para isso foi utilizado um

Real Time Clock (RTC), um relógio de computador em forma de circuito integrado,

que mantém o tempo configurado e com o auxílio de uma bateria de 3.6V é capaz

de manter o horário em sua memória mesmo com a falta energia elétrica na rede,

que segundo seu fabricante, pode chegar a um ano quando com carga completa.

2.3.2 Sensor de Temperatura

Para a aferição da temperatura foi utilizado um RTD (Resistance

Temperature Detector), termoresistência, ou também denominado termômetro de

resistência, um sensor de temperatura que funciona baseado no princípio da

15

variação da resistência elétrica de um metal, em função da temperatura, sendo

fabricado de platina, níquel ou cobre.

O sensor selecionado para este fim neste trabalho foi o PT-100, cujo

material de fabricação é a platina, que possui como características ser um metal de

transição de alto potencial redutivo, ou seja, é muito difícil de oxidar, sendo ideal

para a aplicação destinada, um bom condutor de eletricidade, assim como outros

metais nobres, e um condutor intermediário de calor.

Devido à retibilidade, alta precisão de leitura, estabilidade e resistência a

ruídos, a termoresistência é amplamente aplicado em laboratórios e indústrias.

A termoresistência PT-100 utilizada neste projeto, escolhida devido à alta

linearidade de resistência por temperatura, sensibilidade resistiva e variação de

resistência, todavia possuem custo elevado quando comparado aos termopares,

mas possuem tempo de reação superior e menor resistência mecânica.

Para a aferição da temperatura foram feitos testes com um multímetro na

função ohmímetro, ligado à termoresistência PT-100, para medir a variação da

resistência com a temperatura, e como referência foi utilizado um termômetro de

mercúrio com escala em graus Celsius (ºC). Foram feitos testes em água em

diversas temperaturas, para aumentar sua precisão.

2.3.3 Criação do Software

Através do compilador PCWHD da empresa Custom Computer Services

(CCS) foi desenvolvido um software, configurando o pino RA0 da porta A como

entrada do sensor de temperatura por possuir o conversor análogo-digital e na saída

foi escolhido o pino B4 do microcontrolador, responsável pelo sinal que é amplificado

por um transistor, BC 548, para acionar um relê, que energizará a bobina de um

contator, possibilitando a passagem da energia vinda da rede de 220v.

A comunicação utilizada entre ele e o RTC modelo DS1307 utilizado neste

projeto foi a serial I2C, pelos pinos RC3 e RC4, especificada no data sheet do

componente. Além da elaboração do circuito eletrônico com display LCD 16x2,

através da porta D do microcontrolador e botões de interface com o usuário do tipo

pushbutton, para alterar o horário e a data.

Para constatar o seu funcionamento, foi utilizado o software ISIS, que

acompanha o pacote Proteus da empresa Labcenter Eletronics, pois ele permite que

16

seja feito a simulação do projeto eletrônico anexo ao software desenvolvido para o

microcontrolador, responsável pelo controle da temperatura no reservatório e uso

racional da energia elétrica, facilitando o trabalho do desenvolvedor, proporcionando

agilidade no desenvolvimento e testes. Para efeitos de testes, na saída que aciona o

relê, foi usado um led indicando o seu acionamento como mostra a figura 5.

Figura 5 – Simulação do Circuito

Fonte: Próprio Autor

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O desenvolvimento do protótipo, englobando a parte física e de

programação, foi essencial para a conclusão do projeto, pois após a execução de

testes foi possível obter resultados plausíveis para uma conclusão mais coerente

aos fatos.

O aquecedor solar de pequeno porte utilizado no projeto serviu para atestar,

juntamente com o dispositivo de controle desenvolvido, a sua viabilidade e constatar

o correto funcionamento do software, acionando e desacionando a resistência

17

auxiliar nos horários e temperaturas programadas, proporcionando a economia de

energia almejada e bem-estar aos seus usuários.

O reservatório termicamente isolado se mostrou bastante eficiente e com

isso abriu a possibilidade de utilizar a energia auxiliar apenas no período fora de

ponta, evitando o período intermediário e, principalmente, o período de ponta em

dias de clima favorável.

Portanto o dispositivo desenvolvido pode ser implementado em qualquer

aquecedor solar que possua uma fonte auxiliar de energia, a resistência elétrica ou a

gás, necessitando apenas de algumas alterações com relação ao tamanho do boiler

e potência desta fonte auxiliar.

Este trabalho pode ser aprimorado em futuras pesquisas, aproveitando a

tendência de tudo estar conectado e se comunicando, a chamada internet das

coisas. Contudo fica como sugestão a implantação de um sistema que utiliza a

internet das coisas para verificar a localização do usuário e caso ele esteja a

caminho de casa, o sistema verifica a temperatura da água no reservatório e, se

necessário, aciona a fonte de energia auxiliar para que a água fique própria para o

uso quando o usuário retornar à sua residência, proporcionando conforto e melhoria

de vida.

REFERÊNCIAS

ANEEL. Energia no Brasil e no Mundo. ANEEL. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/arquivos/pdf/atlas_par1_cap2.pdf>. Acesso em 07 out. 2013. ANEEL. Matriz de Energia Elétrica. ANEEL. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/OperacaoCapacidadeBrasil.asp>. Acesso em 24 maio 2014. ANEEL. Bandeiras Tarifárias. ANEEL. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=758 >. Acesso em 15 jun. 2014. ANEEL. Tarifa Branca. ANEEL. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=781&idPerfil=4>. Acesso em 15 jun 2014.

18

AYCOCK, Steve. A. História dos Microcontroladores. Tradução de Joanna Riva. EHOW. Disponível em: <http://www.ehow.com.br/historia-microcontroladores-info_42970>. Acesso em 15 set. 2014. CETINKUNT, Sabri. Mecatrônica. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 568p. EPE. Projeção da Demanda de Energia Elétrica. EPE. Disponível em: <http://www.epe.gov.br/mercado/Documents/S%C3%A9rie%20Estudos%20de%20Energia/20130117_1.pdf>. Acesso em 07 out. 2013. FIRJAN. Quanto Custa a Energia Elétrica para a Indústria no Brasil?, Nº 8. Rio de Janeiro, 2011. GASPARETTO, Antonio J. Crise do Petróleo. INFO ESCOLA. Disponível em: <http://www.infoescola.com/economia/crise-do-petroleo>. Acesso em 25 ago.2014. GIL, Antonio Carlos. Como Elaborar Projetos de Pesquisa, 3. ed. São Paulo: Atlas, 1991. 159p. INFRA ESTRUTURA URBANA. Coletores Solares. Disponível em: <http://infraestruturaurbana.pini.com.br/solucoes-tecnicas/1/1-coletores-solares-veja-os-detalhes-de-instalacao-dos-192211-1.aspx>. Acesso em 12 jun. 2014. IOPE. Termoresistências. Disponível em: <http://www.iope.com.br/3ig1_termoresistencias.htm>. Acesso em 12 jun. 2014. LAFAY, Jean-Marc Stephane. Análise Energética de Sistemas de Aquecimento de Água com Energia Solar e Gás. 2005.153p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – PROMEC, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 2005. MICROCHIP. Data Sheet PIC16F87XA. Microchip, 2003. NERYS, José Wilson Lima. Notas de Aula Microprocessadores e Microcontroladores. 110p. Notas de Aula, Universidade Federal de Goiás. NICOLOSI, Denys E. C. Microcontrolador 8051 detalhado. 6. ed. São Paulo: Érika, 2006. 227p. PEREIRA, Enio Bueno, MARTINS, Fernando Ramos, ABREU, Samuel Luna, RUTHER, Ricardo. Atlas Brasileiro de Energia Solar. 1. Ed. São José dos Campos: Atlas, 2006

19

PEREIRA, Fábio. Pic Programação em C. 7. ed. São Paulo: Érika, 2008. 358p SIQUEIRA, Débora Abrahão. Estudo de Desempenho do Aquecedor Solar de Baixo Custo. 2009. 125p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia. 2009. SÓ HISTÓRIA. Revolução Industrial. Disponível em: <http://www.sohistoria.com.br/resumos/revolucaoindustrial.php>. Acesso em 15 jun. 2014. SOLETROL. História do Aquecedor Solar. SOLETROL. Disponível em: <http://www.soletrol.com.br/educacional/historia.php>. Acesso em 25 ago.2014. SOUZA, Davi José. Desbravando o Pic. São Paulo: Érica, 2000. 200p. TERMOPARES. Vantagens e Desvantagens da Termoresistência x Termopar. Disponível em: <http://www.termopares.com.br/teoria_sensores_temperatura_termoresistencia_pt100_termoresvantag/>. Acesso em 13 jun. 2014. VIEIRA, Luiz Rosa. Estratégias para minimizar o consumo de energia elétrica no apoio a sistemas solares de aquecimento de água. 2001. 70p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 2001.