Gestão de Consumo de Energia Elétrica no Setor Residencial Utilizando Hardware Livre

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1 Gestão de Consumo de Energia Elétrica no Setor Residencial Utilizando Hardware Livre Francisco J. Alves da Costa 1, Anderson Passos de Aragão 1, Ely Bezerra Silva Júnior 1, Rodrigo Augusto R. S. Baluz 1, José Flávio Gomes Barros 1 1 Bacharelado em Sistemas de Informação Faculdade Piauiense FAP/Parnaíba CEP BR 343 Parnaíba PI - Brasil alvesphb@ig.com.br, {andersonparagao, flathbarros}@gmail.com, ely_b_jr@hotmail.com, rodrigo.baluz@fapparnaiba.com.br Abstract.Electric Power management has been one of the main problems faced by modern society. The active participation of the population in managing their spending efficiently to reduce the environmental and financial impacts caused by the production of electricity is essential. For this to be possible, consumers need information about their consumption. This work shows the development of a prototype using Arduino consisting of a residential electricity meter able to inform in real time consumption data, either locally, or remotely. The prototype was tested on two residences in the period of 30 days each, showing good performance and customer satisfaction. Keywords: Arduino, Management of Electricity, Sms. Resumo.A gestão de energia elétrica vem sendo, um dos principais problemas enfrentados pela sociedade moderna. É fundamental a participação ativa da população na gestão dos seus gastos de maneira eficiente para a redução dos impactos ambientais e financeiros provocados pela produção de energia elétrica. Para que isso seja possível, os consumidores precisam de informações sobre o seu consumo. Este trabalho mostra o desenvolvimento de um protótipo utilizando Arduino que consiste em um medidor de energia elétrica residencial capaz de informar dados de consumo em tempo real, tanto de forma local, quanto remota. O protótipo foi testado em duas residências no período de 30 dias cada, mostrando bom desempenho e satisfação ao cliente. Palavras Chave: Arduino, Gestão de Energia Elétrica, Sms. 1. Introdução A energia elétrica tornou-se um bem indispensável para a sociedade moderna e suademandavem crescendo rapidamente nos últimos anos. De acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE), o Brasil é o décimo maior consumidor de energia elétrica no mundo [BCC, 2012]. O setor residencial é responsável por cerca de 30% do consumo total de energia elétrica no Brasil [ANEL, 2002]. Isso mostra o claro desenvolvimento do país e sua crescente importância. Mas também esse aumento é extremamente preocupante, pois implica na necessidade de construção de novas fontes de geração de energia como termelétricas, hidrelétricas, usinas nucleares dentre outras, ocasionando uma série de impactos ambientais e financeiros. Contudo, ainda faltam políticas que motivem a população a um consumo de energia mais racional e consciente, pois, ao longo do tempo, a geração de energia ficou

2 cada vez mais dificultada, sendo necessário acionar recursos de usinas mais distantes e mais caras, e tudo isso contribui para elevar o preço. Este Trabalho visa solucionar problemas relacionados à falta de informação ao cliente, que pode ser um dos principais fatores que o impede de alcançar um uso eficiente de energia elétrica, o que cria a necessidade de educá-los com informações de fácil entendimento. O objetivo deste projeto é auxiliar o consumidor no gerenciamento de gasto com energia elétrica por meio do protótipo de um medidor eletrônico construído a partir de soluções livres, possibilitando a medição, a visualização dos dados de consumo de forma local e remota via SMS (Sistema de Mensagem Instantânea). Este artigo está assim organizado: uma introdução na parte 1, na parte 2 descreve-se as tecnologias estudas e aplicadas no desenvolvimento do protótipo como a plataforma Arduino e a tecnologia GSM, materiais e métodos são descritos na parte 3, resultados e discursão na parte 4, considerações finais e trabalhos futuros na parte Tecnologias aplicadas Ultimamente, houve um grande aumento nos projetos de tecnologias livres, que são intensamente encorajados por comunidades da internet, onde a colaboração é a principal ferramenta para a construção de novos sistemas e a solução de problemas. Um bom exemplo é o projeto Arduino (veja Figura 1), criado na Itália em Tem como objetivo oferecer uma plataforma de prototipagem eletrônica open-source, código aberto, onde a documentação para elaboração da placa eletrônica é disponibilizada para os usuários em seus sites de projeto. Utilizando-se apenas de conhecimentos básicos de eletrônica e um pouco de programação, é possível desenvolver projetos de automação caseira monitoramento à distância, conexão com internet entre outras ideias [SANTOS, 2008]. Figura 1- Arduino UNO Nos últimos anos a população tem passado por uma série de mudanças nos padrõesde hábitos e costumes.telefones celulares estão presentes em todas as faixas etárias e classes sociais e vêm sendo incorporados à vida cotidiana de milhões de pessoas por todo o mundo[dias & PIZZOLATO, 2004]. Diante dessa realidade é interessante pensar em desenvolver ferramentas e aplicações que façam uso de aparelhos celulares. Usando um Arduino, foi projetado um sistema de gestão de consumo de energia elétrica residencial, disponibilizando informações de consumo em tempo real de forma local e remota fazendo a utilização de um modem GSM e dos serviços de SMS, através

3 de uma mensagem de texto o usuário pode manter-se informado de seu consumo de energia em qualquer momento e em qual quer lugar que tenha sinal de celular. 3. Materiais E Métodos 3.1. Arquitetura Do Sistema O protótipo, que corresponde a um medidor eletrônico de energia elétrica, é capaz de medir e calcular, em tempo real, diversos dados de consumo como, tensão, corrente, potência ativa e o valor da conta. Essas informações serão disponibilizadas de forma local através de um display LCD e também de forma remota através de um celular qualquer. A Figura 2 mostra a arquitetura do modelo do protótipo juntamente com os nomes dos componentes utilizados neste trabalho. Figura 2- Estrutura do Medidor Proposto O uso de sensores de corrente e tensão são necessários para que seja possível ler valores altos de corrente e tensão e repassá-los em níveis baixos ao micro controlador. O Arduino, por sua vez, é utilizado para receber os dados analógicos de corrente e tensão e fazer todo o processamento de cálculo necessário para a obtenção do consumo de energia. A forma como foi feita a medição dos equipamentos ligados à rede elétrica, foi através do fluxo de corrente que passa por um condutor. A equação abaixo mostra a relação que foi utilizada neste trabalho para a obtenção da potência consumida. P = V.I Onde: P é a potencia instantânea dada em Watts; V é a tensão dada em Volts; I é a corrente elétrica dada em Ampère. A utilização da Shield GSM possibilita a transmissão dos dados em uma rede de telefonia móvel com intuito de exibição das informações de consumo de forma remota. O display LCD é utilizado para a visualização dos dados de consumo no local Modelagem Do Sistema Após a aquisição dos componentes e da elaboração da modelagem do protótipo, foi feito a montagem do medidor, inserido ao Arduino o código fonte responsável pelas funcionalidades do medidor e assim realizar alguns testes para a validação da ferramenta, eliminando problemas iniciais e ajustando o código para um melhor resultado.

4 Quando uma SMS é enviada para o Shield Sim900 uma série de condições são verificadas pelo protótipo. As mensagens somente serão lidas se o texto contido nela for uma instrução compatível com as mensagens padrão exibidas na Tabela 1, caso contrário, o SMS é excluído e nenhuma ação será realizada. Tabela 1 - Mensagens SMS aceita pelo modem. MENSAGEM FUNCIONALIDADE #leitura #fatura #*0000???? Retorna uma SMS contendo dados de leitura como: tensão, corrente e consumo em watts no momento da solicitação. Retorna uma SMS contendo dados da fatura como: Quilowatt hora total, quantidades de kw/h consumidos, valor da fatura. Com esse comando o consumidor poderá ser alertado quando sua conta chegar ao determinado valor definido previamente por esse comando. Ex: quero ser alertado com uma sms quando minha contar atingir R$ 100,00, então envio uma sms com o comando #* (administrador) Para mensurar o desempenho do protótipo, o mesmo foi instalado em duas residênciasde ligações monofásica localizadas em diferentes bairros de Parnaíba PI, que foi denominada como casa A e casa B, no período de 30 dias cada. Isso para que se pudesse observar seu desempenho em coerência com o medidor da concessionaria daquelas unidades consumidora. Também foi feito um questionário onde se observa o comportamento do consumidor com as informações de consumo adquiridas em tempo real, durante o período de teste. A instalação do protótipo se deu junto ao quadro de distribuição da residência por isso, a escolha das casas, foi feita de forma que as mesmas tivessem disponibilidade de um quadro geral de distribuição conforme Figura 3. Figura 3 Protótipo instalado na residência A 4. Resultados e Discussão Logo após a instalação do protótipo, foram anotados de início os quilowatts/hora do medidor da concessionária e configurado o protótipo com a mesma leitura para que, a partir de então, fossem observados e dado inicio as anotações dos dados, tanto do medidor, quanto do protótipo,a cada 5 dias.

5 A Figura 4 mostra a linha de consumo de cada medidor. Figura 4 comportamento da linha de precisão dos medidores casa A 4900 KW/h Concessionária Protótipo Tempo (dias) A Figura 4 correspondente a casa A mostrou um acréscimo do valor do kw/h por parte do protótipo. Em média, cerca de 2 kw/h a mais que o medidor da concessionária e incrementando esse valor a cada 5 (cinco) dias, totalizando uma diferença de 16 kw/h no final do mês. A Figura 5 mostra a linha do comportamento dos dados comparados na casa B. Figura 5 comportamento da linha de precisão dos medidores casa B KW/h Protótipo Consecionária Tempo (dias) Nessa mesma condição, apesar de o protótipo ter sido instalado em outra residência dentro dos mesmos padrões de funcionamento comparado com a casa A, os desvios dos dados coletados pelo protótipo aumentaram também em média de 2KW/h a cada coleta, resultando 92% de precisão para casa A e 90% para casa B. Isso mostra que os medidores analisados apresentam desempenhos consideravelmente parecidos,não levando em conta o tipo de carga utilizada no período, nem mesmo a certeza de que os medidores da concessionária foram aferidos 1 nos últimos anos.pode se dizer que o desvio para mais representa perda para o consumidor enquanto o desvio para menos representa perda para a concessionária. Antes da implantação do protótipo na residência, foi feito um questionário com perguntas relacionadas ao conhecimento que o consumidor tinha naquele momento sobre o seu gasto com energia em sua residência. E, após a retirada do protótipo, outro questionário foi aplicado com intuito de observar o comportamento que o usuário teve ao ter acesso às informações de seu consumo. A análise dos questionários mostrou atitudes e costumes que o consumidor não tinha antes da implantação do protótipo como: retirar das tomas os equipamentos que 1 Comparar medidas com seus respectivos consumo. Apurar existência de eventuais do medidor.

6 não estão sendo usado, verificar os dados de consumo oferecidos pelo medidor em tempo, observar o consumo de energia dos equipamentos antes da compra, entre outras e o que pode ser observado a partir das informações oferecidas pelo o protótipo no sentido de gestão de consumo de energia. 5. Considerações Finais É importante analisar a relação entre o consumo de energia elétrica, o comportamento econômico do país e qual o impacto que causa um sobre o outro. O desenvolvimento do protótipo permitiu um grande aprendizado ao comportamento dos sinais da rede elétrica com diversos tipos de carga. Mostrando um bom desempenho comparado com medidores da concessionaria estudados aqui. A utilização da plataforma Arduino foi de grande valia, pela facilidade e a vasta gama de conteúdos relacionados, o que facilitou a criação das funcionalidades. A aplicação de questionários pôde mostrar o conhecimento que os consumidores não tinham,sobre seu consumo, antes da instalação do protótipo e o conhecimento que pôde adquirir para que pudessem tomar medidas de eficiência energética. Contudo, os resultados obtidos e apresentados por esse projeto atendem ao proposto e planejado desde o início, com medidas de eficiência energética para o consumo responsável. Acreditando que esta solução gere conscientização ambiental na população, pois, promove incentivo e acesso a economia verde a sociedade Trabalhos Futuro A partir deste projeto, é possível pensar em algumas melhorias para trabalhos futuro, por exemplo, utilizar um módulo cartão micro SD como local de gravar e buscar valores de consumo. Adicionar um módulo RTC (Real Time Clock ou relógio de tempo real) como relógio que possa identificar o dia, a hora e o mês, assim gerando faturas automaticamente. Colocar botões onde o usuário possa navegar e programar seus alertas como mais disponibilidade. REFERÊNCIAS BBC, (2014). Brasil é o 10 maior consumidor mundial de energia elétrica. Disponível em: king_consumo_energia_rw.shtml.acesso em: jun BRASIL. Agência Nacional de Energia Elétrica. Energia no Brasil e no Mundo.Disponível em: [Online]2002. Acesso em: mar COSTA, Francisco. J A. Gestão de Consumo de Energia Elétrica no Setor Residencial Utilizando Hardware Livre. TCC(Bacharelado em Sistema de Informação) Faculdade Mauricio de Nassau/Parnaíba-PI, DIAS, C.L.A.; PIZZOLATO, N.D. Domótica: Aplicabilidade e Sistemas de Automação Residencial, CEFET. Campos dos Goytacapes - RJ, SANTOS, N.P. Introdução ao Arduino. 17 ed. rev. Portugal; Programar, 2008.Disponível em: Acesso em: mar.2014.