Anais do XVIII Encontro de Iniciação Científica e
III Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da PUC-Campinas
24 e 25 de setembro de 2013
ISSN 1982-0178
CONDICIONAMENTO DE SENSOR DE FLUXO DE ÁGUA PARA
APLICAÇÃO EM INSTALAÇÕES PREDIAIS E INDUSTRIAIS
Valéria Cristina Silva
Faculdade de Engenharia Elétrica
CEATEC
[email protected]
Resumo: Este resumo descreve o condicionamento
da saída de um sensor de fluxo de água que viabiliza
o monitoramento do consumo da mesma em edificações. Esses dispositivos se relacionam ao sistema
elétrico e hidráulico de um edifício, podendo tanto se
relacionar com a quantidade de água desperdiçadaquanto com a segurança dos equipamentos e usuários elétricos e de comunicação dessas mesmas instalações.
Palavras-chave: Fluxo de água, Sensor, Instalações
Prediais e Industriais.
Área do Conhecimento: Engenharias – Engenharia
Elétrica.
1. INTRODUÇÃO
O desperdício de água é algo que tem preocupado a
população mundial há algum tempo. E há alguns anos os índices do mesmo têm crescido a taxas exorbitantes, fazendo-nos recorrer ao uso de equipamentos que visam evitar tamanho desperdício.
O desenvolvimento de sensores de fluxo nos auxilia
a monitorar o uso desse fluido e analisar se os equipamentos desenvolvidos para sua finalidade estejam
atuando dentro das expectativas.
2. METODOLOGIA
Inicialmente foram realizados estudos sobre a plataforma de programação Arduino, uma plataforma de
prototipagem de hardware livre, com um microcontroladorAtmel AVR com uma linguagem de programação muito semelhante a C/C++. O modelo do Arduino
usado foi à versão mais recen te do mesmo, o Arduino UNO. O mesmo utiliza o Atmega8U2 para driver
conversor Serial-USB.
A plataforma Scada BR do inglês Supervisory Control
And Data Acquisition é um software livre que oferece
dados de comunicação com o hardware - nesse caso
Alexandre de Assis Mota
Grupo de Pesquisa ou Programa do Orientador
CEATEC
[email protected]
com, o Arduino. A comunicação entre o Arduino e o
Scada BR é feita pelo protocolo Mobdus.
Com o sensor desenvolvido os resultados obtidos
foram positivos, porém insuficientes para o condicionamento do mesmo, afinal os valores de tensão eram instáveis. A solução foi a implementação de um
circuito amplificador diferencial de tensão, que tem a
função principal de amplificar a diferença de tensão
entre as duas entradas, produzindo um valor estável.
Assim, foram feitas análises no circuito do amplificador para verificar se os dados experimentais correspondiam aos teóricos
3. RESULTADOS
As medidas aqui apresentadas foram feitas no interior do laboratório de eletrônica do CEATEC da PUCCampinas. Para auxiliar com o fluxo de água nesse
local, foi utilizada uma bomba de água Shurflo 8000 e
para o funcionamento do sensor uma fonte simétrica,
um gerador de funções, um osciloscópio e um multímetro. As figuras 1, 2 e 3 são referentes ao aspecto
da montagem inicial do sensor.
Figura 1- Sinal de saída do sensor
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Figura 2- Aspecto inicial do sensor
Figura 5- Amplificador diferencial de instrumentação
Em teoria, temos:
Vs= (V2-V1)*Av
(1)
Figura 3- Bomba Shurflo 8000
Os resultados obtidos podem ser observados na Figura 1. Note que ouve uma variação na mesma de
0,28V com o fluxo de água. Foi também observado
que para o monitoramento do fluxo seria necessário
à retificação do sinal, como mostrado na Figura 4.
Av= Vs/(V2-V1)= 1+(2*R2)/R1
(2)
Utilizando os dados dos componentes configurados
na Figura 5, temos a Tabela 1. Substituindo os valores da Tabela 1, e substituindo a equação (1) na equação (2) encontramos o valor do ganho da tensão:
Av= 1+ (2*R2)/R1
Av= 1+ (2*5,1k)/1k
Av= 11,2
Solucionando a equação (1) podemos encontrar o
valor da tensão de saída:
Figura 4- Circuito Retificador de Sinal
Com a obtenção dos resultados pode-se destacar o
cálculo do circuito do sensor, já que os componentes
dos mesmos foram assim determinados, assim como
a relação de seus valores, para atender a suas funções que consistem em gerar o campo magnético,
retificar e ampliar o sinal. O circuito amplificador diferenciador de instrumentação foi montado e testado,
conforme o diagrama da Figura 5.
Vs= (V2-V1)*Av
Vs=(3-2,5)*11,2
Vs=5,6 V
Após a análise teórica o circuito foi montado em laboratório e o multímetro digital foi utilizado para obtenção dos resultados, que se encontram na Tabela 2.
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Assim, o ganho de tensão para o circuito em bancada é:
Tabela 2. Valores utilizados em bancada
Variável
Valor
Av=1+ (2*R2)/R1
R1
0,975kΩ
Av= 1+ (2*5,05k)/0,975k
R2
5,05kΩ
Av=11,37
V1
2,48V
V2
2,99V
E a tensão de saída do circuito na bancada é:
Vs=5,79 V
Tabela 3. Análise do Fluxo de Água
Os dados obtidos estão dentro do limite de imprecisão do multímetro de 5%, portanto, os dados práticos
correspondem com os dados teóricos. Em seguida,
foi implementado o circuito do amplificador diferencial
de instrumentação junto ao circuito do sensor desenvolvido, como mostra a Figura 7:
Situação
Bomba
água
Tensão
desligada
no
cano
sem 4,58V
sem
pressão
Bomba ligada com água
3,69V
no cano sem pressão
Bomba ligada com água
3,59V
no cano com pressão
Bomba
água
desligada
no
cano
com
3,89V
com
pressão
Figura 6- Circuito do sensor de fluxo
Utilizando a bomba de água Shurflo 8000 para o do fluxo de água foram obtidos os valores da
Tabela 3.
Tabela 1. Valores usados nas equações (1) e
(2)
Variável
Valor
R1
1kΩ
R2
5,1kΩ
V1
2,5V
V2
3V
4. CONCLUSÔES
Foi possível observar que o protótipo do sensor
de fluxo de água funciona de acordo com os dados
teóricos esperados, sendo necessário para isso um
circuito retificar integrado ao circuito de fluxo de água. A utilização do Arduino em conjunto com o Scada BR através da plataforma Mobdus permitiria o
monitoramento eletrônico desse sensor, pois o sensor original media os valores de tensão. O Arduino
converteria esses valores em vazão para que fosse
possível obter os dados sobre o volume desse fluido.
Considera-se que os resultados encontrados são
positivos em relação aos conhecimentos adquiridos
sobre a função dos componentes do circuito. Os resultados obtidos para a programação também são
considerados positivos, pois conhecendo o protótipo
montado é possível iniciar um programa para melhor
obtenção dos mesmos dados.
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III Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da PUC-Campinas
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ISSN 1982-0178
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(SP).
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triais –Fundamentos e Aplicações. Editora Erica. São Pau-
lo (SP).
lo (SP).
[3] Thomazini, D., Albuquerque, P. (2007). Sensores In-
[8]TutorialArduino.
Disponível
dustriais – Fundamentos e Aplicações. Editora Érica. São
emhttp://arduino.cc/en/Tutorial/HomePage. Acessado em
Paulo (SP)
20 /02/2013.
[4] Alcantara, C.M.; Mota, A. (2010). Sensor de monitora-
[9]Home
Page
Arduino.
Disponível
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http://arduino.cc/en/Reference/HomePage. Acessado em
20 /02/2013.
mento do consumo de água (IC09551). Anais do XV Encontro de Iniciação Científica da PUCCampinas,Campinas
(SP) - ISSN 1982-0178.
[5] Halliday, D. ;Resnick, R. ; Walker, J.(2003). Fundamentos de Física – Eletromagnetismo. EditoraLTC. Rio de Janeiro (RJ).
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