ELABORAÇÃO DE PROJETOS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ESTUDO DE CASO

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1 ELABORAÇÃO DE PROJETOS DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ESTUDO DE CASO Gerson Flávio de Mendes Lima¹, ²,Paulo Henrique dos Santos¹, ², Sérgio Ferreira de Paula², Igor S. Peretta² ¹PROENGTELECOM, Uberlândia, MG ²Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia (UFU), CP.593, CEP , Uberlândia, MG Resumo Este trabalho apresenta uma metodologia para o desenvolvimento de projetos de automação residencial utilizando metodologia de representação gráfica semelhante às técnicas de acionamentos utilizados na automação industrial. O uso de tal representação visa simplificar ao máximo a legibilidade do projeto, facilitando assim sua execução. Foi desenvolvida uma ferramenta CAD/CAE especificamente para otimizar os procedimentos necessários para a representação de todos os acionamentos elétricos existentes em um típico projeto de instalações elétricas para Automação Residencial. Neste trabalho também é apresentado um estudo de caso. Palavras-Chave Automação Residencial, CAD/CAE, Instalações Elétricas, Símbolos de Projeto. ELECTRICAL INSTALLATION DESIGN FOR HOME AUTOMATION A CASE STUDY Abstract This paper presents a development concept of Electrical Design for Home Automation, using a graphic representation similar to the techniques of the industrial automation design. The use of such representation aims to simplify the readability of the project, facilitating its execution. A CAD/CAE tool was developed to optimize the necessary design procedures to provide the best representation of all electrical drivers existing in a typical plant design for Home Automation. Finally, it is also presented a case study in this work. 1 Keywords Electrical Design, Home Automation, CAD/CAE, Design Symbols. I. INTRODUÇÃO Existem muitas novidades tecnológicas que podem equipar nossos lares atualmente. Como qualquer novidade, a Automação Residencial inicialmente é percebida pelo cliente como um símbolo de status e modernidade. No momento seguinte, o conforto e a conveniência por ela proporcionados passam a ser decisivos. Rapidamente, ela vem se tornando uma necessidade vital e um fator de economia [1]. Por outro lado, alguns equipamentos são instalados sem prévio julgo, independente de sua eficiência, impulsionados pela onda mercadológica do momento. Tais equipamentos acabam resolvendo alguns problemas localizados sem nenhuma integração entre si. Isso acaba resultando em frustrações para os usuários da Automação, uma vez que convivem com sistemas autônomos e de difícil operacionalidade. O ideal é planejar um sistema que atenda todas as necessidades da casa, hoje e no futuro [2]. A maioria dos sistemas atuais pode trazer os benefícios que o usuário deseja, mas alguns detalhes de projeto são essenciais para tornar o trabalho mais fácil e permitir uma interação mais agradável com as pessoas que irão utilizá-lo. Uma das principais preocupações dos projetistas e instaladores de sistemas de Automação Residencial deve ser a integração entre eles. Ferramentas CAD são essenciais para a elaboração de projetos com produtividade e precisão [3]. Verifica-se assim que é necessário que os aplicativos de computação gráfica contemplem funcionalidades e simbologias adequadas para a elaboração de projetos com Automação Residencial. A partir destas constatações, este trabalho propõe uma representação simbólica e esquemática para a elaboração dos projetos de instalações de automação residencial com o uso de ferramenta CAD. Essa representação utiliza os equipamentos automatizáveis mais recentes no mercado. Também utiliza uma metodologia de integração de diferentes tipos de dispositivos e de diferentes tecnologias em um sistema de acionamento unificado e centralizado, buscando simplificar e uniformizar os processos. II. SISTEMAS INTEGRADOS Os produtos modernos, embora muitas vezes complexos do ponto de vista tecnológico, dispõem de interfaces amigáveis para que possam ser operados com certa facilidade pelo usuário final. Quando se prevê um cabeamento correto no momento do projeto das residências, toda esta integração pode ser obtida ao final e a um custo muito pequeno. Quando isto não é previsto, temos a improvisação e o desperdício que sempre resultam em prejuízos financeiros e dificuldades operacionais [4]. III. TIPOS DE DISPOSITIVOS AUTOMATIZÁVEIS Dentre os dispositivos existentes no mercado, podemos destacar os mais usuais: A. Persianas Automatizadas As persianas automatizadas são cada vez mais frequentes em residências devido à crescente utilização de janelas e

2 portas de vidros para um maior aproveitamento da luz natural, isolamento acústico, proteção contra frio e calor, entre outras funções. Existem dois tipos: as que utilizam um motor de Corrente Contínua que mudam o sentido de rotação pelo tipo de polarização, sendo necessário prever 3 retornos no quadro de automação; e as de 127/220V que são controladas mecanicamente, exigindo somente um retorno no quadro de automação. B. Hidromassagem A automatização das banheiras de hidromassagem é realizada através de controle da temperatura da água. A hidromassagem poderá ser acionada à distância, permitindo ao usuário solicitar a preparação do seu banho da forma que mais lhe agrada antes de chegar a sua residência. C. Iluminação Com a crescente evolução da tecnologia de iluminação e a busca por economia, houve uma crescente demanda de automatização na iluminação das residências. Essa demanda se deve à possibilidade de permitir que ambientes possam ser iluminados apenas pela presença de pessoas, de ser acionada apenas a iluminação necessária para aquele cômodo ou ambiente frequentado por usuários, ou mesmo, no caso de iluminação externa, a de tê-la acionada só em determinados momentos. Isso permite a redução no consumo de energia por parte da residência como um todo. Utilizada para criar ambientação em cômodos, a iluminação automatizada por dimmers tem possibilitado a criação das chamadas cenas. O usuário pode programar algumas situações para dar aspectos diferenciados aos cômodos da residência, como ambientes mais românticos, ou ambientes mais iluminados quando associados com a iluminação incandescente. A automatização da iluminação tem se tornado cada vez mais requisitada e consequentemente os projetos de automação residencial elaborados devem inserir essa condição. D. Irrigação Com o crescimento de casas com a mentalidade verde, muitos jardins foram colocados ou criados em boa parte das residências. Para evitar a utilização de mangueiras e até mesmo a necessidade de contratação de um jardineiro, o sistema de irrigação tem se tornado algo cada vez mais útil e prático. Alguns fabricantes de sistemas automatizados implementaram em seus produtos o controle da umidade desejada e até mesmo sistemas inteligentes que decidem sobre a necessidade de irrigação através de sensores de umidade e chuva. E. Áudio A possibilidade de distribuir som por toda a residência ou até mesmo por cômodos diferentes motivou a busca por um equipamento que seja capaz de atender necessidade de pais, mães e filhos. Alguns fabricantes já disponibilizam equipamentos que não requerem atenção do proprietário para que o mesmo seja executado. Através de simples comandos em qualquer cômodo, com o sistema de automação o usuário poderá escolher quais músicas ouvir e em quais cômodos, não atrapalhando os demais envolvidos em outras atividades ou mesmo escutando outras músicas em outros cômodos. F. Vídeo Os equipamentos mais usuais atualmente tem sido controladores que permitem transformar a sala em um cinema. O equipamento adequa toda a sala para um ambiente com baixa intensidade de luz, som de qualidade e imagem em alta definição, com o uso de tela e retroprojetor. Ou, com um simples comando, o sistema direciona um filme para a televisão do cômodo. G. Bombas É possível acionar uma bomba de sucção ou as bombas de espelho d água em uma piscina com uma facilidade muito maior. O sistema automatizado permite desde o acionamento a distância até mesmo o acionamento com horário programado. H. Ar Condicionado A automação residencial permite o acionamento à distância ou até mesmo a programação de aparelhos de ar condicionado através de horários e situações préestabelecidas, permitindo uma melhor ambientação do cômodo. IV. SISTEMAS AUTOMATIZÁVEIS Os sistemas de automação existentes atualmente podem variar desde módulos computadorizados até módulos centrais que não dependem de uma CPU, permitindo uma maior praticidade e robustez no momento de sua utilização. São sistemas que possuem circuitos de acionamentos de comando e de potência para sua correta operação. Normalmente os sistemas de automação considerados sistemas centrais são instalados no chamado quadro de automação que pode ser instalado em qualquer lugar da residência. Dentro deste quadro estão todos os equipamentos para comandar as áreas automatizadas da casa. Outros sistemas, instalados a cada cômodo de interesse da residência, demandam uma metragem menor de fios elétricos, mas um número maior de quadros de automação. Esses sistemas não possuem um quadro de automação central. Por fim, o último tipo de sistema de automação residencial é o de distribuição por áreas. Um ou mais quadros de automação são colocados em algumas partes da residência, distribuindo em partes a automação residencial. A opção por este tipo de sistema diminui o número de quadros pelos cômodos e também a metragem de fios que vão até um quadro central. Em contrapartida o número de quadros de automação ainda é maior do que quando a organização é central. V. METODOLOGIA DE PROJETO Na figura 1, um projeto de instalações elétricas convencional é apresentado. O acionamento de cargas

3 elétricas é realizado por retornos que utilizam a mesma tubulação dos circuitos de carga. Os interruptores são conectados em configurações tree-way e four-way, permitindo controlar as cargas de iluminação de diferentes pontos de uma sala. acionamento dos pulsadores, a cor azul representa o condutor neutro que vai até um dos pólos da carga, e a cor rosa representa o retorno do acionamento de potencia que sai dos relés dos módulos de automação até o outro pólo das cargas.: Fig. 1- Sistema Convencional de Instalações Elétricas apresentado em 3D. Na figura 2, um sistema de automação residencial é apresentado para o mesmo ambiente. Um quadro de automação é definido de forma a permitir a alocação das proteções (disjuntores) de todos os circuitos necessários para alimentar as cargas elétricas, e para permitir a instalação dos módulos de acionamento e programação necessários para a automação residencial. As tubulações de piso são utilizadas para que os cabos de sinais que interligam os pulsadores sejam instalados. No teto, os condutores fase, neutro, e o retorno dos relés de acionamento da automação são instalados. Fig. 2- Sistema de Instalações Elétricas para a Automação Residencial apresentado em 3D. No piso os cabos de sinais dos pulsadores. No teto, os cabos de força e retorno dos relés de automação. Na figura 3, uma planta baixa representa o projeto de automação residencial de forma simplificada. Podemos notar que a tubulação tracejada (piso) comporta os condutores de acionamento dos pulsadores E1, E2, E3, E4, E5 e E6. A tubulação contínua (teto) comporta os condutores de força destinados ao acionamento das cargas 2R1 e 2R2. A cor vermelha representa o condutor fase, a cor amarela representa o condutor de retorno utilizado para o Fig. 3- Representação do Projeto de Automação Residencial VI. SIMBOLOGIA A simbologia de um projeto de automação residencial deve ser a mais clara e simples possível para que qualquer engenheiro ou executor do projeto em uma obra possam compreendê-la. Assim, o projeto poderá ser executado por profissionais sem ser necessário ser um especialista na área. Na Figura 4, é apresentada uma relação de símbolos gráficos idealizados em uma ferramenta CAD que representa os símbolos dos dispositivos automatizáveis descritos anteriormente. Juntamente com a simbologia, é apresentada também uma tabela que faz o relacionamento de cada dispositivo com a sua conectividade de automação, como por exemplo, o número de retornos para o acionamento do referido equipamento no quadro de automação, assim como os condutores elétricos que serão utilizados para alimentar a referida carga elétrica (Ex.: Neutro, Fase, Terra). Deve-se observar que nesta tabela é também relacionada à quantidade de canais que são utilizados para controlar cada carga e o tipo de dispositivo utilizado para controlar a carga ex.: Módulo Relay é um modelo de acionador por relés fornecidos no mercado para automação residencial. A tabela descrita também relaciona cada símbolo com uma descrição do dispositivo a ser controlado, a conexão de automação, a conexão elétrica, o tipo de módulo de comando e a quantidade de canais. Esta tabela é gerada e inserida no projeto em forma de legenda, buscando detalhar de forma simples e funcional todas as cargas e seus tipos de acionamentos descritos no projeto, necessários para a execução.

4 tubulações de saídas e entrada de fios, pois poderá haver eletrodutos que se cruzarão na residência. Na residência foram automatizados seis cômodos no qual foram comandados os sistemas de iluminação, alarme, som, bombas e o home-cinema da residência. A figura 6 apresenta uma foto da montagem do respectivo quadro. No lado esquerdo é instalado o dispositivo que permite programar os módulos de acionamento (relés) instalados do lado direito. Fig. 4- Símbolos utilizados em Automação Residencial e suas respectivas conectividades de controle e alimentação. VII. ESTUDO DE CASO Para apresentação de um caso prático, foi utilizada uma edificação residencial a ser construída na cidade de Uberlândia, no condomínio Jardins Barcelona, com uma área construída de 600m, com a finalidade de exemplificar todo o processo de elaboração do projeto de automação residencial, e apresentando os resultados obtidos. O primeiro passo para a elaboração do projeto é a definição de todos os pontos de iluminação e de todos os equipamentos que serão automatizados, para assim prever quantos canais de automação serão necessários e assim definir as dimensões do Quadro de Automação. Foram realizadas reuniões junto com o projetistas de decoração, e com o proprietário definindo a necessidade de 55 canais de automação, demandando a previsão antecipada na arquitetura de um Shaft onde foi proposto a centralização de todos os quadros das instalações da residência, incluindo Quadro de Distribuição Geral de Telefonia (DG), Quadro de Distribuição de Vídeo (CFTV), Quadro de Distribuição de Energia para 118 disjuntores, e também 02 Quadros do Tipo de Sobrepor (60x80cm) para acomodarem os módulos de automação conforme apresentado na figura 5. Este Shaft foi definido junto com o arquiteto e o engenheiro civil que calcula a estrutura da casa, para que todas as considerações de estética e construtiva fossem previstos. Fig. 5 - Detalhe do Shaft de Automação Essa ideia é facilitar o acesso aos circuitos de comandos e possuir uma centralização destes e do que se refere à instalação na residência. O único problema de uma centralização dos comandos em um quadro apenas é o grande número de cabos que chegam e saem do mesmo, isto aumenta a necessidade de um shaft maior ao mesmo tempo exista uma maior organização das Fig. 6- Foto do Quadro de Automação montado VIII. APRESENTAÇÃO DO PROJETO EM CAMADAS (FORÇA E COMANDO) Para projetos de Automação Residencial, o engenheiro projetista se depara com um desafio diferente dos projetos elétricos tradicionais, pois ele tem que representar os diferentes tipos de acionamentos das cargas ao mesmo tempo que tem que apresentar em planta baixa, os circuitos e condutores que irão alimentar as mesmas. Para isto, este trabalho propõe que as representações de Força ou Potência (Circuitos) e as representações de Comandos (Acionamentos) sejam divididos em 02 Camadas (Layers), de forma análoga ao utilizado em acionamentos elétricos industriais, com os diagramas de comando e de força, todavia, para o caso de instalações de automação residencial, utilizaremos estas camadas apresentadas nas plantas baixas da arquitetura do projeto. Uma camada é desenhada na planta referente ao circuito de potência como na figura 7 e a outra camada na planta com o circuito de controle como o exemplificado na figura 3, desta forma é possível visualizar com facilidade e clareza ao projeto buscando facilitar a execução pratica do proposto projeto. A figura 7 apresenta uma planta baixa de arquitetura com que representa em vermelho um Quadro de Automação, destinado a acondicionar todos os módulos destinados á acionamentos e também todos os dispositivos de proteção elétrica utilizados também (Disjuntores). Deste quadro de Automação são representados eletrodutos fixados preferencialmente no teto que são utilizados para representar os circuitos de potencia, circuitos estes que serão acionados pelos relés dos módulos de automação. Estes circuitos

5 seguem uma lógica de representação sequencial, e representam os condutores que serão energizados quando do acionamento de seus respectivos relés dos módulos de automação (Normalmente cada módulo aciona até 08 relés). Os Retornos são numerados sequencialmente e com a letra R antes. (Ex.: R1, R2,...). Fig. 9 Representação de cabos de Sinal utilizados nos pulsadores que passam por cada tubulação de comando. Fig. 7 - Circuitos elétricos de potência residencial Na planta do circuito de potência deverá haver os retornos dos sistemas acionados além dos circuitos, de fase terra e neutro do restante da residência. No circuito de comando apresentados na figura 8, haverá apenas os comandos os retornos para os sistemas que são acionados através de pulsadores que ficam nos locais de automatização ou de acesso a estes locais. Normalmente recomenda-se utilizar as tubulações dos pulsadores passando pelo piso, para separar fisicamente força e comando. Fig. 10 Tabela que relaciona o pulsador com os retornos de acionamento de potencia. Fig. 11 Diagrama esquemático do sistema de acionamento Fig. 8 - Circuitos de comando residencial Os pulsadores são chaves do tipo push-botton (interruptor de pressão) que são instalados nos lugares dos interruptores tradicionais, e que são interligados por cabos de sinal conforme representados na figura 9, onde também são representados os respectivos canais dos módulos de acionamento que serão comandados (Ex.: 08 canais). Desta forma teríamos a melhor representação além de uma simbologia clara e limpa do que é esperado em um projeto de automação. Opcionalmente é sugerido também utilizar uma tabela de relacionamento conforme apresentado na figura 10. Na figura 11 é apresentado o esquema de ligação que deve ser representado tanto na planta baixa de arquitetura de força como na planta baixa de arquitetura de comando. Na figura 12, são apresentados os tipos de acionadores normalmente utilizados em uma planta de automação residencial, onde podemos encontrar até 3 pulsadores instalados em caixas estampadas (4x2 ) a 110cm do piso acabado, ou até 06 pulsadores instalados em caixas estampadas (4x4 ) á 110cm do piso acabado, ou sensores de presença que tanto podem estar instalados em caixas (4x2 ) a 110cm do piso ou no teto em lugares estrategicamente escolhidos para detectar a presença e movimento de pessoas nos ambientes. Pode-se também utilizar sensores de infravermelho para utilização de controles remotos.

6 desenvolvimento ainda maior das tecnologias que envolvem estes estudos. O importante da automação residencial é satisfazer as necessidades do cliente alinhando tecnologia, praticidade, economia e satisfação, o que a torna cada vez mais incrível e mais interessante sua aplicação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Fig. 12 Legenda de símbolos de acionadores para o sistema de comando da automação residencial. IX. CONCLUSÕES As vantagens alcançadas com a modernização de uma residência utilizando o sistema de automatização são notórias desde o processo de definição dos ambientes automatizáveis até o seu funcionamento, observa-se etapas que exigem estudos e avaliações quanto à necessidade e utilidade da mesma. Com um crescente mercado nesta área e com o aumento de tecnologias disponíveis para auxiliar os projetistas e os usuários, ainda mais avanços e padronizações devem ser feitas para atender todos os envolvidos nesta tecnologia. O alto custo em implementação e implantação da automatização residencial constitui-se como o maior entrave desta nova tendência. Esta dificuldade poderá ser minimizada caso haja uma popularização da tecnologia e um [1] Associação Brasileira de Automação Residencial (2011), Conceitos Basicos,acesso em 26 de maio de 2011.em: ncbasicos.asp&menu=temas. [2] Introdução á Domótica, acesso em 26 de Maio 2011, em: [3] Lopes, Arquimedes; Lamounier,Edgard; O uso do paradigma das restrições geométricas para o apoio a projetos de instalações elétricas, Tese de Doutorado UFU [4] Automação Residencial a Tecnologia a nosso favor (2009), Universidade Federal de Santa Catarina. Acesso em 26 de Maio de 2011, em: [5] A.L,Silva ; A.Cardoso. ; E.Lamounier, Using Geometric Constraints to Support Virtual Electrical Installation.In VIII Symposium on Virtual Reality, 2006, Belem-PA.