Anais do XV Encontro de Iniciação Científica da PUC-Campinas - 26 e 27 de outubro de 2010
ISSN 1982-0178
SENSOR DE MONITORAMENTO DO CONSUMO DE ÁGUA
Camila Madeiros Alcântara
Alexandre de Assis Mota
Faculdade de Engenharia Elétrica
CEATEC
[email protected]
Eficiência Energética
CEATEC
[email protected]
Resumo: Este projeto objetivou o desenvolvimento de
um protótipo que poderá ser utilizado para o monitoramento do consumo de água em torneiras já instaladas no CEATEC, da Pontifícia Universidade Católica de Campinas.
O circuito selecionado para apoiar o sensor (microfone de eletreto) está ilustrado na figura 1.
O dispositivo utiliza como sensor um microfone de
eletreto, pois possui custo baixo além de não interferir no encanamento. Com os dados obtidos nas analises é possível verificar o volume de água que a torneira utiliza, além de obter qual é o gasto de água do
sistema predial hidráulico. Com as analises nas torneiras poupadoras é feita uma relação entre volume
e tensão.
Um dos seus problemas identificados no desenvolvimento é que como o sensor capta o som da torneira, podendo ocorrer a interferência de sons externos,
o que pode prejudicar as analises; com isso seus
dados não são exatos. A solução encontrada foi
blindar o sensor para que isso não ocorra.
Palavras-chave: Microfone de eletreto, Consumo de
água, Sensores.
Área do Conhecimento: Engenharia Elétrica.
1. INTRODUÇÃO
O sensor de consumo de água foi desenvolvido para
ser utilizado para o monitoramento do consumo de
água em torneiras já instaladas no CEATEC, especificamente das marcas DOCOL e DECA, visando
verificar o gasto de água do sistema predial.
Para o dispositivo sensor, dentre aas varias possibilidades de sensores, foi escolhido o microfone de
eletreto por sua disponibilidade, custo baixo e por
ser de fácil montagem, não interferindo com o sistema de encanamento das torneiras do CEATEC
para obter os resultados. O protótipo apresenta vários níveis, podendo assim separar a entrada monitorada em vários tipos de volume e possibilitando medir o gasto de água do sistema predial hidráulico.
Esses dados, porém, não podem ser considerados
precisos pois uma vez que o sensor capta o som da
torneira, é possível que sons externos interfiram na
medição.
Figura 1: Circuito básico do sensor de fluxo.
2. DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS
OBTIDOS
As medições foram feitas nos sanitários próximos
aos laboratórios de Meio Ambiente e Hidráulica do
Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias (CEATEC) da PUC-Campinas, nas torneiras
poupadoras de acionamento manual, modelo “presmatic”, da marca DOCOL e torneiras poupadoras de
acionamento automático por sensor, da marca
DECA.
Para o funcionamento do sensor, foi utilizada uma
bateria de 9 Volts. Sua saída foi ligada a um osciloscópio com ajuda de um computador para a visualização das formas de onda.
As figuras 2, 3, 4 representam o aspecto físico do
circuito sensor, as saídas do circuito sensor já blindado, na ausência de estímulos e quando excitado
com o sinal senoidal constante, respectivamente.
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Os materiais usados para os estudos foram:
 Cronômetro: marcar quanto tempo a torneira permanece ligada.
 Béquer: adquirir volume de água em um determinado tempo.
 Osciloscópio: visualizar o sinal do dispositivo sensor, para que seja analisado posteriormente.
 Dispositivo sensor: sensor de monitoramento do
consumo de água.
Para a analise dos estímulos foi utilizado o programa
Scilab para:
Figura 2 – Aspecto físico do circuito sensor.
 Medir a media e variância para cada dado obtido
através das analises .
 Construção de gráficos.
A torneira do modelo “presmatic” da marca DOCOL,
após acionada, permanece ligada aproximadamente
8 segundos. Já a torneira da marca DECA, após o
cancelamento do acionamento, permanece ligada
aproximadamente 2 segundos sem ser utilizada.
Foram feitas três tipos de medições na torneira
DOCOL, utilizando o sensor de monitoramento do
consumo de água, osciloscópio, cronômetro, e béquer, a saber:
Figura 3 – Saída do circuito sensor já blindada, na
ausência de estímulos.
a) Medida inicial, torneira desliga em aproximadamente 8 segundos: o sensor foi colocado próximo a saída de água da torneira. Ao ser acionada
manualmente, o cronometro é ligado e é parado no
momento em que a torneira desliga; o osciloscópio
capta os estímulos no momento que a torneira é ligada, conforme a Tabela 1 e a figura 5 - TORNEIRA
DOCOL.
Tabela 1 - TORNEIRA DOCOL
Figura 4 – Saída do circuito já blindado, com estimulo
senoidal.
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Figura 7 – Saída do circuito para teste MEDI 3
Figura 5 – Saída do circuito para torneira DOCOL
Após as medições, os gráficos da saída obtida em
cada ensaio puderam ser obtidos, utilizando o Programa Scilab, conforme as figuras de 6 a 11.
Figura 8 – Saída do circuito para teste MEDI 4
Figura 9 – Saída do circuito para teste MEDI 8
Figura 6 – Saídas do circuito para teste MEDI 1-2
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Tabela 2 – TORNEIRA DOCOL, MEDIDA DE 4
SEGUNDOS
Figura 10 – Saída do circuito para teste MEDI 12
Figura 11 – Saída do circuito para teste MEDI 14
b) Medida inicial, torneira desligada após 4 segundos: nesse caso foi utilizada uma fita hellerman
para que a torneira permaneça ligada aproximadamente 4 segundos (em uso normal ela permanece
ligada aproximadamente 8 segundos). Colocou-se a
fita para demonstrar como seria se tivesse a opção
de acionar apenas até a metade da torneira. O sensor é posicionado próximo a saída de água da torneira. Quando mesma é acionada manualmente, o cronometro é ligado e parado aproximadamente nos 4
segundos, pois propositalmente o lugar onde a fita
helllerman é posicionada só deixa a torneira permanecer acionada esse tempo, o osciloscópio capta os
estímulos no momento que a torneira é ligada. Ver
Tabela 2 e figura 12 - TORNEIRA DOCOL-MEDIDA
DE 4 SEGUNDOS.
Depois das medições, foram obtidos os gráficos de
saída de tensão, utilizando o Programa Scilab, ilustrados nas figuras de 13 a 18.
Figura 12 – Saída do circuito para torneira DOCOL,
medida de 4 segundos
Figura 13 – Saída do circuito para teste ADC 2
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Figura 14 – Saída do circuito para teste ADC 3
Figura 17 – Saída do circuito para teste ADC 8
Figura 18 – Saída do circuito para teste ADC 9
Figura 15 – Saída do circuito para teste ADC 4
c) Medida na metade do tempo: nesse teste, o
sensor é posicionado próximo a saída de água da
torneira, que ao ser acionada permite que o osciloscópio capte o sinal após aproximadamente 4 segundos, conforme a Tabela 3 e a figura 19 - TORNEIRA
DOCOL-MEDIDA DE 8_4.
Figura 16 – Saída do circuito para teste ADC 5
Tabela 3 – TORNEIRA DOCOL, MEDIDA DE 8_4
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Figura 20 – Saída do circuito para teste A 3
Figura 19 - TORNEIRA DOCOL-MEDIDA DE 8_4.
Nessa tabela, temos:
 TEMPO MEDI U: tempo que foi medida a tensão
 TEMPO TOTAL: tempo que a torneira leva para
desligar.
Após as medições, os gráficos da saída obtida em
cada ensaio puderam ser obtidos, utilizando o Programa Scilab, conforme as figuras de 18 a 22.
Figura 21 – Saída do circuito para teste A 4
Figura 18 – Saída do circuito para teste A 1
Figura 22 – Saída do circuito para teste A 5
Assim, para essa torneira foram feitas esses 3 tipos
de medições para verificar a influência das diferentes formas de acionamento. Foi verificado que a vazão aumenta com o tempo e que entra em equilíbrio
depois de alguns segundos.
Figura 19 – Saída do circuito para teste A 2
Já a torneira DECA, foi feita apenas um tipo de medição. Nesse caso, a torneira foi acionada rapidamente para ver quanto tempo a mais ela ficaria acionada sem estar em uso. Verificou que permanece
ativa 2 segundos sem que esteja sendo utilizada,
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conforme a Tabela 4 e a figura 23 - TORNEIRA
DECA.
Figura 25– Saída do circuito para teste S 4
Tabela 4 - Torneira DECA
Figura 23 – Saída do circuito para torneira DECA
Figura 26 – Saída do circuito para teste S 5
Após as medições, os gráficos da saída obtida em
cada ensaio puderam ser obtidos, utilizando o Programa Scilab, conforme as figuras de 24 a 28.
Figura 27 – Saída do circuito para teste S 7
Figura 24 – Saída do circuito para teste S 3
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O método de utilizar a media das tensões não é eficiente, pois não há um valor exato de tensão para
um valor determinado de volume. Assim, torna-se
necessário determinar a envoltória de cada gráfico
para uma medida mais confiável.
As figuras 30 e 31, representam o gráfico normal e o
outro se tivesse sido analisado com o envoltório nas
ondas, respectivamente.
Figura 28 – Saída do circuito para teste S 9
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O dispositivo sensor, dentro das varias hipótese de
sensores aventados, foi escolhido o microfone de
eletreto por sua disponibilidade, custo baixo e por ter
fácil montagem, não requerendo interferir com o atual encanamento das torneiras do CEATEC para
obter os resultados.
Porém, como a captação do sinal é feita com ajuda
do microfone de eletreto os resultados não são precisos, pois pode haver varias tensões para um único
valor de volume de água, pois ele capta todo som
que está próximo. Ou seja, para a sua instalação nas
torneiras do CEATEC, ele deverá ser blindado por
uma caixa acústica para que não passe o som externo, captando apenas o sinal da torneira.
Figura 30 – Amostra de sinal normal
Nesse projeto, utilizamos as médias das tensões dos
gráficos de cada medida, o que gerou uma dificuldade adicional pois foi verificado que a média de tensão tende a zero na medida obtida pelo microfone. A
figura 29 apresenta uma amostra do sinal do microfone.
Figura 31 – Análise da envoltória da amostra de sinal
normal
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Prof. Dr. Alexandre de Assis Mota pela
competência como orientador e profissional, além
dos amigos de grupo de pesquisa.
Figura 29 – Amostra de sinal do microfone
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REFERÊNCIAS
[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS (2004). NBR 5410: Instalações Elétricas
de Baixa Tensão. Rio de Janeiro.
[2] Boylestad, R.L., Nashelsky, L. (2004). Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. Prentice Hall.
São Paulo (SP).
[3] Cavalin, G.; Cervelin, S. (2007). Instalações Elétricas Prediais. Editora Érica. São Paulo (SP).
[4] Creder, H. (1995). Instalações Elétricas. LTC
Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.Edgar Blücher/FAPESP. Rio de Janeiro (RJ).
[5] Malvino, A.P. (1986). Eletrônica. McGraw Hill.
São Paulo (SP).
[6] Mohsen, M., Akash, B. (2001). Some Prospects
of Energy Savings in Buildings. Energy Conversion
and Management, v.42, pp. 1307-1315.
[7] PROCEL – Programa Nacional de Conservação
de Energia Elétrica, Estimativa de Consumo
[8] Mensal dos principais Eletrodomésticos (2002),
capturado
em
18/04/2002
em
http://www.eletrobras.gov.br/procel/11.htm.
[9] Reis, M.C. (2002). Eletrônica Básica. Letron. Caraguatatuba (SP).
[10] Thomazini, D., Albuquerque, P. (2007). Sensores Industriais - Fundamentos e Aplicações. Editora
Érica. São Paulo (SP).