Sistema de Controle de Climatizadores

RESUMO

            O consumo médio de climatizadores é extremamente alto, sendo assim, é possível realizar um controle para não afetar a sua performance com o objetivo de reduzir o gasto médio. A ideia é realizar um controle e monitoramento de dados do climatizador e do laboratório de robótica. Para a realização será necessário um microcontrolador esp32, sensores de corrente elétrica ACS712, sensor de temperatura DS18B20, máquina virtual, servidor web e VS Code. Aplicando os sensores amperímetros para medir a corrente elétrica dos climatizadores e o sensor de temperatura para medir em quantos graus está o laboratório e mandando todos esses dados por meio do esp32 para a máquina virtual, que receberá esses dados e por meio do código desenvolvido no VS Code irá controlar o funcionamento do climatizador e realizar os gráficos para ser apresentado no servidor web. Por meio deste projeto pretende-se gerar gráficos apresentando tais dados e controlar o climatizador a fim de reduzir o consumo de energia elétrica do IFSP Campus Catanduva. Com o sucesso do projeto, é possível ser implementado em todas as salas do IFSP, reduzindo o consumo e assim reduzindo os gastos.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

            Com o intuito de reduzir o consumo de energia elétrica na sala de robótica do IFSP campus Catanduva, este projeto será realizado visando aprimorar o funcionamento e prevenir o mau uso dos climatizadores.

       O consumo médio de uma residência fica em torno de 173,7 kWh/mês, isso em toda a região Sudeste, se formos analisar apenas o estado de São Paulo temos um consumo médio de 169,9 kWh/mês, de acordo com o Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2021 da EPE (Empresa de Pesquisa Energética, do Governo Federal). Uma residência brasileira no geral, consome em média 165,1 kWh/mês, segundo essa mesma fonte. Levando em conta que o projeto será realizado dentro de uma instituição de ensino, sabemos que o consumo médio pode ser muito mais elevado do que em relação a uma residência, porém para efeito de comparação vamos utilizar uma residência.

      O funcionamento do ar-condicionado é por meio da sucção do ar ambiente, que será conduzido através da serpentina do evaporador, este ar entra em contato com um gás refrigerante que está em estado líquido. Basicamente o ar-condicionado resfria o ar quente presente no ambiente devolvendo-o em uma temperatura baixa, segundo Consul. Um esquema representando o ar condicionado pode ser visto na figura 1.

Figura 1 - 

Fonte: 

 

       Pegando um ar-condicionado de 18.000 BTUs se observa que o seu consumo médio gira em torno de 32,3 kWh e 34,2 kWh, segundo Yuri Correa, redação do portal WebArCondicionado. Ou seja, apenas um ar-condicionado de 18.000 BTUs ligado apenas 1hr por dia gera um gasto mínimo de 32,3 kWh, se um ar-condicionado desse ligado por 6horas em um dia, já ultrapassaria o consumo médio de uma residência brasileira.

          Pensando sobre isso e tendo em vista que uma instituição de ensino como o Instituto Federal de São Paulo possui diversos ar-condicionado entende-se que o gasto proveniente dos climatizadores possuem um alto impacto nos gastos mensais da instituição. Para reduzir os gastos e pela necessidade de se ter um controle dos climatizadores, para não manter ligado sem necessidade, o projeto foi realizado por meio de um sistema IoT (Internet of Things).

         A internet das coisas promove a interação de diversos aparelhos, sensores, servidores, tanto físicos quanto virtuais, as informações de sensores, instalados em qualquer ambiente por exemplo, precisa ser enviada para servidores na nuvem e com esses dados realizar ações sobre o ambiente, de acordo com Alan Fernandes. Com a crescente difusão do conhecimento sobre IoT muitos sistemas de controle provavelmente serão implementados utilizando tal tecnologia, por não precisar de um servidor local para operar o sistema de controle.

          As instituições de ensino desempenham um papel muito relevante na formação de cidadãos conscientes e responsáveis em relação às questões socioeconômicas e ambientais, segundo Adailton. As instituições precisam ser exemplos para os alunos que ali estão, pois, tendo um melhor controle dos gastos da instituição alguns alunos podem ser influenciados e começar a economizar também.

OBJETIVOS

            OBJETIVO GERAL

• Controlar e monitorar os climatizadores.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Monitorar a temperatura de uma sala de aula do IFSP;
• Fazer o controle dos climatizadores para reduzir o consumo de energia elétrica.
• Fazer a aquisição da corrente elétrica dos climatizadores.         

MATERIAIS E MÉTODOS

 

• ESP 32;
• Sensor de temperatura;
• Sensor de corrente elétrica;
• Máquina virtual nos servidores da Amazon;
• Servidor web;
• Visual Studio Code;
• Fonte de alimentação.

O projeto vai ser implementado no laboratório de robótica no IFSP - Campus Catanduva, onde será realizado testes nos climatizadores e todo o projeto será testado nesta sala, podendo ampliar sua aplicação para o restante do campus dependendo dos seus resultados.

Figura 2 - Laboratório de Robótica.

Fonte: Autoral

Todo o código está sendo desenvolvido e modificado através do Visual Studio Code, plataforma de edição de código fonte e conexão com máquina virtual em geral, neste projeto será utilizado uma máquina virtual localizada nos servidores da AWS (Amazon Web Services). Os sensores de temperatura e corrente elétrica farão a comunicação com a placa ESP32 e todos os dados serão enviados para um servidor na nuvem que armazenará os dados em um banco de dados MySQL.

Figura 3 - VS Code conectado à máquina virtual.

Fonte: Autoral

Figura 4 - Microcontrolador ESP32.

Fonte: Autoral

Figura 5 - Sensor ACS712.

Fonte: Autoral

A figura 4 representa o microcontrolador ESP32 com conexão bluetooth e wifi, que foi utilizado na aquisição de dados dos sensores de corrente elétrica (figura 5), sensor de temperatura (figura 6) e fonte de alimentação (figura 7).

Figura 6 - Sensor DS18B20.

Fonte: Autoral

Figura 7 - Fonte de alimentação.

Fonte: Autoral

A interface web desenvolvida será apresentada no site http://smartcampus.ctd.ifsp.edu.br onde será possível observar um gráfico com os valores da temperatura e da corrente ao longo do tempo. Os dados da corrente do ar condicionado será utilizado para saber se o ar condicionado está ligado ou desligado, gerando uma economia de energia quando não é necessário que ele esteja ligado.

PLANO DE TRABALHO

Tabela 5.1 Metas estabelicidas para a pesquisa.

Metas	Descrição
1	Entrega do pré-projeto
2	Aquisição dos compenentes
3	Monitorar a temperatura do laboratório.
4	Aquisição da corrente elétrica do climatizador.
5	Entrega parcial (vídeo) até 31/05
6	Implementação no servidor web.
7	Análise dos resultados obtidos.
8	Relatório Final (artigo Mostra PeEx) entrega até 08/06

 

Os indicadores de cada uma das metas serão:

• Meta 1: A confirmação de que o pré-projeto foi recebido;
• Meta 2: A confirmação de recebimento dos produtos por algum dos membros do projeto;
• Meta 3: Um gráfico apresentando as informações do laboratório em que será realizado o projeto, gráfico temperatura x tempo;
• Meta 4: Um gráfico apresentando as informações dos climatizadores instalados no laboratório em que será realizado o projeto, gráfico corrente elétrica x tempo;
• Meta 5: A confirmação de que o vídeo foi recebido;
• Meta 6: Ver se os dados coletados pelos sensores estão sendo apresentados no site do smart campus.
• Meta 7: Com os dados em mãos poderá ser feita a análise, pra ver se os climatizadores estão desligando quando não há necessidade de estarem ligados;
• Meta 8: A confirmação de que o relatório final foi recebido.

VIABILIDADE DE EXECUÇÃO – ORÇAMENTO

            Para realizar este projeto foi necessário adquirir uma placa de desenvolvimento conhecida por esp32, no valor de aproximadamente R$40,00, dois sensores de corrente elétrica, ACS712 30A, para usar nos climatizadores no valor de, aproximadamente, R$25,00 a unidade e um sensor de temperatura DS18B20 para medir a temperatura da sala no valor de, aproximadamente, R$17,00. Todos os componentes foram adquiridos sem ajuda financeira e sem patrocínios financeiros, mas em relação à estrutura podemos contar com toda a infraestrutura do IFSP Campus Catanduva para realização do projeto.

RESULTADOS ESPERADOS E DISSEMINAÇÃO

          A partir da utilização e implementação dos sensores de corrente elétrica e de temperatura espera-se obter dois gráficos, um de temperatura x tempo e outro de corrente elétrica x tempo, estes gráficos serão apresentados em um site web de acesso livre, sendo esse site o smart campus de Catanduva onde possui diversos outros projetos.

        Este projeto pode ser considerado uma “inovação local” considerando que o IFSP de Catanduva não possui um sistema desse implementado no campus, porém fora do ambiente do campus esse projeto não pode ser considerado uma inovação pois já possuem outros projetos nessa área e com o mesmo objetivo.

          Para realizar a divulgação dos resultados será realizado um artigo para a Mostra PeEx e o todos os resultados do projeto poderão ser acompanhados através do site em que ele ficará disponibilizado, e o circuito de teste realizado na prática pode ser visto pelas figuras 8 e 9.

Figura 8 - Circuito de teste completo - Corrente.

Fonte: Autoral

Figura 9 - Circuito de teste completo - Temperatura.

Fonte: Autoral

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CORREA, Yuri. Qual o consumo de um ar condicionado de 18.000 BTUs. Porto Alegre: Web Ar Condicionado, 2019. Web Site. Disponível em: https://www.webarcondicionado.com.br/qual-o-consumo-de-um-ar-condicionado-de-18-000-btu. Acesso em: 09 mai. 2022.

CONSUL. Saiba tudo sobre Ar-Condicionado. Web Site. Disponível em: https://www.consul.com.br/facilita-consul/bem-pensado-para-voce/tudo-sobre-ar-condicionado. Acesso em: 09 mai. 2022

FERNANDES, Alan (et al). Monitorando Dados e Gerenciando Alertas em um Sistema para Controle de Aparelhos de Ar Condicionado. In: SEMINÁRIO INTEGRADO DE SOFTWARE E HARDWARE (SEMISH), 47., 2020, Cuiabá. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2020. p. 139-150. ISSN 2595-6205. DOI: https://doi.org/10.5753/semish.2020.11324.

GIACOMINI, Gabriela. Vídeo: Como funciona o Ar-Condicionado. Porto Alegre: Web Ar Condicionado, 2019.Web Site. Disponível em: https://www.consul.com.br/facilita-consul/bem-pensado-para-voce/tudo-sobre-ar-condicionado. Acesso em: 09 mai. 2022.

PESQUISA ENERGÉTICA, Empresa de. Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2021: ano base 2020. Brasília: Grupojam Mídia Integrada Eireli, 2021.

SILVA, Adailton Moura da (et al). Sistema embarcado para automação de condicionadores de ar visando economia de energia elétrica no IFS. In: Semana nacional de ciência e tecnologia, 2021.

ROBOCORE. Sensor de temperatura DS18B20 - À Prova de Água. São Paulo: RoboCore, 2021. Disponível em: https://www.robocore.net/sensor-ambiente/sensor-de-temperatura-ds18b20-a-prova-de-agua?gclid=EAIaIQobChMIkP-A4K_W9wIVAcKRCh2koALVEAQYASABEgLRyPD_BwE. Acesso em: 10 mai. 2022.

FILIPEFLOP. Sensor de Corrente ACS712 -30A a +30A. Santa Catarina: FilipeFlop, 2021. Disponível em: https://www.filipeflop.com/produto/sensor-de-corrente-acs712-30a-a-30a/. Acesso em: 10 mai. 2022.

[ID:103] Autor:Guilherme Ramos Mendonca - Criado em: 2022-06-23 19:44:55 - [ Compartilhar ]