UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA SILAS ALYSSON SOUZA TIBÚRCIO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA SILAS ALYSSON SOUZA TIBÚRCIO APLICATIVO ANDROID PARA MONITORAMENTO TERMOELÉTRICO E DIAGNÓSTICO DE TRANSFORMADORES FORTALEZA 2013

2 SILAS ALYSSON SOUZA TIBÚRCIO APLICATIVO ANDROID PARA MONITORAMENTO TERMOELÉTRICO E DIAGNÓSTICO DE TRANSFORMADORES Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Elétrica do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Dr. Artur Plínio de Souza Braga. Coorientador: Prof. Dr. Otacílio da Mota Almeida. FORTALEZA 2013

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4 SILAS ALYSSON SOUZA TIBÚRCIO APLICATIVO ANDROID PARA MONITORAMENTO TERMOELÉTRICO E DIAGNÓSTICO DE TRANSFORMADORES Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Elétrica do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Aprovada em: 13/12/2013. BANCA EXAMINADORA

5 A Deus, Aos meus pais, Eudivan e Lucirene, Aos amigos e familiares.

6 AGRADECIMENTO Primeiramente a Deus por ter me concedido a oportunidade de concluir a graduação e me dado graça, sabedoria, saúde e força para alcançar mais um objetivo de vida. Aos meus queridos pais, Eudivan e Lucirene, por todo sustento, ensinamento, incentivo, orações e, principalmente, pelo imensurável carinho, paciência, presença insubstituível nos momentos de angústia e eterna amizade. A minha eterna gratidão a eles, que desde sempre são o meu porto seguro. Aos demais familiares, pelo apoio e contribuições ao longo da minha formação. A todos os amigos, por me proporcionarem ocasiões de conforto e descontração nos momentos de maior necessidade e que serão levados por toda vida. Aos meus amigos Adriano, João Paulo, Reginaldo e Obed pelas críticas, sugestões, contribuições fornecidas durante o desenvolvimento deste trabalho e, principalmente, pelo imenso aprendizado que obtive. Presto meus sinceros agradecimentos pela força e sabedoria que me foi concedida. Aos professores do DEE pelos cinco anos de intenso aprendizado, em especial aqueles que amam o que fazem e se empenham em transmitir conteúdo aos alunos. Aos professores Otacílio e Arthur pela orientação e disponibilidade no acompanhamento deste trabalho.

7 Posso todas as coisas naquele que me fortalece (Filipenses 4:13)

8 RESUMO Esta monografia apresenta o desenvolvimento de um aplicativo para dispositivos móveis com sistema operacional Android para diagnosticar as condições de operação de transformadores elétricos e para realizar uma avaliação quantitativa da vida útil do equipamento conforme a norma NBR Trata-se de uma ferramenta desenvolvida com tecnologia computacional de código aberto e uma atualização tecnológica da computação móvel. O aplicativo possui funcionalidades relacionadas à comunicação sem fio via Bluetooth, à transferência e persistência de dados mediante o protocolo ModBus, à formação de perfis gráficos e à avaliação quantitativa do tempo de vida do transformador diagnosticado. O sistema de monitoramento e diagnóstico é composto por um módulo Datalogger, o qual aquisiciona dados de temperatura, corrente e tensão elétrica a uma taxa de amostragem ajustável remotamente, e por um tablet, no qual a aplicação é executada. Os testes do sistema foram realizados no laboratório GPAR, através de testes de calibração dos sensores, de comunicação entre o módulo de aquisição e o dispositivo móvel e de validação das funcionalidades desenvolvidas mediante os dados medidos. Através dos dados medidos, considera-se que o aplicativo proposto apresenta-se como uma ferramenta de baixo custo e relevante quanto ao caráter de manutenção preditiva, representando uma contribuição para a melhoria da qualidade de fornecimento de energia das concessionárias por possibilitar o acompanhamento do estado de funcionamento e desgaste dos transformadores utilizados na rede elétrica. Palavras-chave: Android. Datalogger. Bluetooth. Monitoramento de transformadores.

9 ABSTRACT This paper presents the development of an application for mobile devices with Android operating system to diagnose the conditions of operation of electric transformers and to make a quantitative assessment of the useful lifetime of the equipment according to NBR This is a computational tool developed with open source technology and a technological upgrade of mobile computing. The application has features related to Bluetooth wireless communication, to data transfer and persistence through the ModBus protocol, training of graphical profiles and quantitative assessment of the transformer lifetime diagnosed. The application for monitoring and diagnosis presented consists of a datalogger module which measurement data acquisition of temperature, current and electrical voltage to a remotely adjustable sampling rate, and a tablet, wherein the mobile application runs. The application tests were performed at GPAR laboratory through calibration of the sensors, communication between the acquisition module and the mobile device and validation of the data measured. Through the results, it is considered that the proposed application is presented as an inexpensive tool and relevance regarding the character of predictive maintenance, representing a contribution to improving the quality of power supply of utilities by allowing the monitoring of the state operation and wear of transformers used in power grids. Keywords: Android. Datalogger. Bluetooth. Monitoring of Transformers.

10 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1.1 Esquema básico do SEP Figura 1.2 Matriz da oferta da energia interna no Brasil Figura 2.1 Arquiteturas observadas em sistemas de monitoramento Figura 2.2 Ciclo de obtenção e visualização de dados Figura 2.3 Módulo Datalogger Figura 2.4 Dados armazenados em um ciclo de escrita Figura 2.5 Fluxograma do ciclo de leitura Figura 2.6 Relógio de tempo real do sistema Figura 2.7 Exemplo do pacote de configuração do módulo Datalogger Figura 2.8 Detalhe da sensor de corrente Figura 2.9 Detalhe do sensor de temperatura Figura 2.10 Transmissor do sinal de temperatura Figura 2.11 Detalhe da ligação do transmissor de temperatura com o sensor PT Figura 2.12 Condicionador de sinal para os sensores de corrente Figura 2.13 Base de funcionamento do protocolo Modbus Figura 2.14 Formato da mensagem no modo ASCII Figura 2.15 Curva de expectativa de vida para transformadores da classe 55º e 65º Figura 3.1 Diagrama da conexão Bluetooth Figura 3.2 Diagrama do ciclo de configuração Figura 3.3 Diagrama do ciclo de transferência Figura 3.4 Exemplo de registro Figura 4.1 Banco de resistências utilizada para simular a carga Figura 4.2 Método de medição das correntes de fase Figura 4.3 Leitura do valor RMS de corrente verificado no osciloscópio Figura 4.4 Detalhe da localização dos sensores de temperatura Figura 4.5 Simulação da comunicação entre o tablet e o adaptador bluetooth Figura 4.6 Ícone da aplicação SIMA_TRAFO Figura 4.7 Tela inicial do SIMA_TRAFO Figura 4.8 Telas de permissão, busca e listas dos dispositivos localizados Figura 4.9 Tela de conexão do SIMA_TRAFO Figura 4.10 Tela de configuração e cadastro do SIMA_TRAFO Figura 4.11 Tela de transferência bluetooth

11 Figura 4.12 Tela de notificação Figura 4.13 Campo de seleção do transformador Figura 4.14 Correntes medidas no ensaio Figura 4.15 Temperaturas medidas no ensaio Figura 4.16 Carregamento elétrico no ensaio Figura 4.17 Tela de transformadores cadastrados Figura 4.18 Fechamento do aplicativo SIMA_TRAFO Figura A.1 Esquemático do circuito condicionador de sinais para correntes Figura B.1 Requisitos operacionais necessários para execução do SDK Figura B.2 Janela de criação do projeto Figura B.3 Janela de configuração do projeto Figura B.4 Exemplo do pacote do projeto TFC_ Figura B.5 Exemplo de ArquivoManisfest.xml Figura C.1 Plataforma do sistema operacional Android Figura D.1 Diagrama do método de estimação da temperatura no ponto quente... 84

12 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Relação entre sensores e variáveis de inspeção...28 Tabela 2.2 Módulos de engenharia para diagnósticos e prognósticos de transformador Tabela 2.3 Temperaturas limites de operação do transformador...42

13 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT ABRADEE ADT A/D ANEEL API CI CLP DEE DsPic EEPROM GPAR I²C IDE IED IEEE MME RMS RFCOMM RTC SDK SEP Associação Brasileira de Normas Técnicas Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica Android Development Tools Analógico Digital Agência Nacional de Energia Elétrica Application Programming Interface Circuito Integrado Controlador Lógico Programável Departamento de Engenharia Elétrica Digital Signals Peripherical Electrically- Erasable Programmable Read-Only Memory Grupo de Pesquisa em Automação e Robótica, DEE/UFC. Inter- Intergrated Circuit Integrated Development Environment Intelligent Eletronic Devices Institute of Electrical and Eletronic Ministério de Minas e Energia Root Means Square Radio Frequency Communication Real Time Clock Software Development Kit Sistema Elétrico de Potência

14 SIN SQL SO TA TC TP TPM TM UFC USB WiFi Sistema Interligado Nacional Structured Query Language Sistema Operacional Transformadores e Autotransformadores Transformador de Corrente Transformador de Potencial Temperatura no ponto mais quente Temperatura Média Universidade Federal do Ceará Universal Serial Bus Wireless Fidelity

15 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Motivação Problemática Justificativas Estrutura do Trabalho SISTEMAS DE MONITORAMENTO DE TRANSFORMADORES Panorama Atual no Brasil Arquiteturas e Características Descrição de um Sistema de Monitoramento Etapa da Coleta de Dados Etapas de Armazenamento e Transmissão dos Dados Etapa da Disponibilidade de Dados Módulo Datalogger Microcontrolador e Memória Relógio em Tempo Real (RTC) Sensores Condicionadores de Sinais Protocolo de Comunicação Norma Técnica Brasileira Conclusão DESCRIÇÃO DA APLICAÇÃO PROPOSTA Justificativas A Aplicação Funcionalidades Comunicação Bluetooth Transferência de Dados Tratamento, Validação e Armazenamento Gráficos Cálculo da Vida Útil Conclusão... 50

16 4. FUNCIONAMENTO DO SISTEMA APLICATIVO E DATALOGGER Metodologia de Testes Telas do Aplicativo SIMA_TRAFO Tela Inicial Tela de Descoberta Bluetooth Tela de Conexão Tela de Configuração Tela de Transferência Tela de Notificação Tela de Gráficos Tela de Transformadores Cadastrados Encerrando o Aplicativo Conclusões Parciais CONCLUSÃO Contribuições Discussões Gerais e Conclusões Sugestões para Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS APÊNDICE A ESQUEMÁTICO DO CONDICIONADOR DE SINAIS APÊNDICE B O AMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO ECLIPSE B.1 Considerações Iniciais B.2 Configurações B.3 Organização B.3.1 Pasta Source B.3.2 Pasta GEN B.3.3 Arquivo AndroidManifest.xml B.3.4 A pasta de recursos APÊNDICE C PLATAFORMA DE DESENVOLVIMENTO ANDROID APÊNDICE D ESTIMAÇÃO DA TEMPERATURA DO PONTO QUENTE D.1 Diagrama de Blocos D.2 Resultados obtidos... 84

17 16 1. INTRODUÇÃO 1.1 Motivação As distribuidoras de energia elétrica estão sujeitas a constantes transformações em virtude das mudanças impostas ao modelo institucional do setor elétrico. Essas transformações exigem ações estratégias bem elaboradas e economicamente viáveis, pois a competição, a busca por menores custos e melhoria na qualidade da energia, e a maximização da disponibilidade de seus ativos são fatores determinantes da excelência e sucesso das mesmas. Devido a estes fatores se faz necessário o acompanhamento técnico preventivo e corretivo dos principais equipamentos existentes na rede de distribuição de energia. Como as regras e os requisitos do mercado não permitem inúmeros procedimentos de manutenção corretiva ou práticas de manutenções periódicas, as recentes melhorias nos índices de desempenho e qualidade do fornecimento de energia elétrica, baseadas no fator custo-benefício, têm sido demonstradas pelas concessionárias que migraram das práticas de manutenção periódica e corretiva intensiva para a manutenção preditiva identificada pelos sistemas de monitoramento dos equipamentos das subestações (ROCHA, et al, 2011). A manutenção preditiva ou condicionada tem o objetivo de prevenir a ocorrência de falhas nos equipamentos ou sistemas através do acompanhamento de parâmetros diversos, visando à maximização da operação contínua como também melhorar a confiabilidade da rede elétrica. Segundo Carvalho (2011) e Souza (2009) trata-se de um tipo manutenção que prediz o tempo de vida útil dos componentes das máquinas e equipamentos e as condições para que esse tempo de vida seja bem aproveitado. Conforme Paulino e Almeida (2006) a manutenção nos equipamentos elétricos é considerada como um dos ramos da área técnica que mais evolui, constituindo uma poderosa ferramenta para garantir o funcionamento contínuo das instalações responsáveis pelo suprimento de energia elétrica. Nesse contexto os sistemas de diagnósticos de falhas mostramse como ferramentais indispensáveis para a implantação desse tipo de manutenção e estão em perfeita sintonia com as exigências do setor elétrico. Todos os equipamentos do sistema elétrico devem ser monitorados dado que a descontinuidade do fornecimento de energia é mais dispendiosa que o valor do equipamento em si. Portanto, antecipar a falha, ou então poder detectá-la no menor espaço de tempo evita prejuízos financeiros maiores (LEMOS, et al, 2008).

18 17 Pinto e Nascif (2001) afirmam que estão disponíveis várias técnicas de monitoramento para a verificação da modificação do parâmetro estabelecido sendo e estas são classificadas de acordo com a grandeza medida, defeito e aplicabilidade. As técnicas comumente adotadas pelas empresas prestadoras de serviços de manutenção em equipamentos elétricos são: a) os ensaios elétricos (corrente, tensão e isolação); b) análise de temperatura (termometria convencional e indicadores de temperatura); c) análise de óleos (nível, viscosidade, teor de água, gases e contagem de partículas); d) análise de vibrações (nível global, espectro de vibrações e pulsos de choque). Adicionalmente sistemas de monitoramento que operam de forma não supervisionada devem ser adquiridos pelas empresas de distribuição de energia elétrica para dar suporte e fornecer informações aos setores de planejamento e execução da manutenção preditiva. Quando criteriosamente projetados e instalados com sensores devidamente calibrados e em quantidade suficientes, esses sistemas fornecem dados consistentes para uma análise e programação apropriada da manutenção. Portanto a checagem regular das condições de operação dos equipamentos tornase cada vez mais importante, o que torna imperativo a busca de procedimentos e ferramentas que possibilitem a obtenção de dados das instalações de forma rápida e precisa (Paulino, 2010). Como medida de caráter complementar, este trabalho apresenta um aplicativo para dispositivos móveis com tecnologia Android capaz de analisar as grandezas elétricas comumente medidas em transformadores e avaliar, a partir destes dados, o estado de operação do equipamento. Esse aplicativo além de conferir uma atualização tecnológica condizente com a atualidade, apresenta um modelo de aquisição e armazenamento de dados menos oneroso e utiliza a pilha de protocolo Bluetooth por exigir menos recurso energético. Sendo, portanto uma estratégia de monitoramento de baixo custo.

19 Problemática Monitorar a condição dos transformadores tem sido objeto de preocupação no que diz respeito a evitar as perdas econômicas causadas por falhas no equipamento e a consequente descontinuidade do serviço. Em geral as concessionárias investem continuadamente nos processos de manutenção e de diagnóstico de estado dos transformadores de potência. Dentre as principais razões para isto estão aspectos associados ao elevado custo de aquisição, ao reparo e à substituição destes equipamentos que podem chegar a milhões de dólares, e, também, à necessidade de manter uma elevada confiabilidade operativa dos serviços de fornecimento de energia, nos níveis exigidos pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) (DUPONT, 2003) e (MARQUES, 2004). A Figura 1.1 ilustra o esquema básico do SEP (Sistema Elétrico de Potência) com os principais agentes. No modelo atual o sistemas elétrico está tipicamente divididos nos segmentos geração, transmissão e distribuição. Figura Esquema básico do SEP Fonte: Quanta Geração (2013) O segmento de geração é bastante pulverizado contando, segundo dados da ANEEL, com empreendimentos geradores O Brasil é o país com maior potencial hidroelétrico, um total de 260 mil MW. Possui mais de 1000 usinas hidrelétricas, das quais 199 são consideradas de grande porte, potência instalada superior a 30 MW, responsáveis por aproximadamente 97% da capacidade instalada (RODNEI, 2012) e (ABRADEE, 2013). Quatro das 20 maiores usinas do mundo estão instaladas no país: Itaipu com potência de 14 mil MW, Tucuruí com 8,37 mil MW, Ilha Solteira 3,44 mil MW e Xingó com 3,16 mil MW. Nestas o nível de tensão na saída dos geradores está normalmente na faixa entre 6 kv a 25 kv. Destaque também para geração termoelétrica que tem passado por expressivo crescimento, sobretudo após o desabastecimento de energia elétrica ocorrido no início dos anos 2000 e a geração eólica que alcançou a marca de 5,050 GWh em 2012, associada a

20 19 estimativa que a capacidade instalada alcance os 17,4 mil MW em 2022 (MME, 2013), (EPE, 2013) e (CARVALHO, NETO, 2012). Figura Matriz da oferta da energia interna no Brasil. Fonte: MME (2013). O sistema de transmissão é a unidade do SEP responsável por conectar as usinas de geração às áreas consumo. O sistema de transmissão brasileiro, considerado o maior do mundo, é controlado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), que conta com a participação de empresas de todo o país. (MME 2013). Segundo (ABRADEE, 2013), o Brasil conta com 77 concessionárias responsáveis pela administração e operação de mais de quilômetros de linhas de transmissão espalhadas pelo país. O nível de tensão estabelecido para esta unidade está entre 220 kv a 756 kv. Por ser o elo de conexão entre com as unidades de geração e subtransmissão qualquer falta neste nível pode comprometer a continuidade de suprimento de energia elétrica para um grande bloco de consumidores (LEÃO, 2010). No Brasil esta parte do SEP tem sido motivo de atenção e estudos após as recentes falhas e descontinuidade de fornecimento de energia para grandes blocos de carga. Considerando a realização de grandes eventos esportivos nos próximos anos e o projeto de expansão do Sistema Interligado Nacional 1 (SIN) com a inserção da região norte ao sistema, o Plano Decenal de Expansão de Energia em sua última versão, para o período 2007 a 2016, já prevê investimento de R$23,8 bilhões relativos a km de linhas e R$10,1 bilhões relativos às subestações e transformadores (LOBÃO, 2008). 1 Formado por empresas de geração, transmissão e distribuição do país, permite o intercâmbio de energia elétrica entre as diversas regiões brasileiras. Atende cerca de 98% do mercado nacional de energia elétrica.

21 20 A rede de subtransmissão representa uma divisão do sistema de transmissão. Ela tem objetivo de transportar energia elétrica a pequenas cidades e a importantes consumidores industriais. Nesta unidade o nível de tensão está em torno de 34.5 kv à 160 kv e alimentam subestações de distribuição, cujos alimentadores primários de saída operam em níveis de 13.8 kv. Em geral apenas poucos consumidores (indústrias de grande porte, fábricas de cimento e siderúrgicas) com um alto consumo de energia elétrica são conectados às redes de subtransmissão onde predomina a estrutura de linhas aéreas (LEÃO, 2010). As redes de distribuição constituem a unidade do SEP responsáveis por entregar a energia elétrica aos consumidores atendidos na baixa tensão, tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou inferior a 1 kv. Em boa parte do país, os transformadores de distribuição reduzem a tensão de 13.8 kv (tensão primária de distribuição) para em 220 V ou 127 V (tensão secundária de distribuição). Conforme (LEÃO, 2010) estes equipamentos alimentam diretamente as redes de baixa tensão, as quais efetivamente entregam a energia elétrica para os consumidores residenciais, pequenos comércios e indústrias. Segundo (ABRADEE, 2013), no Brasil o sistema de distribuição é administrado por 63 concessionárias, atendendo mais de 72 milhões de unidades consumidoras. Esta parte do SEP é também um dos mais regulados e fiscalizados do setor elétrico, pois além de prestar serviço público sob contrato a ANEEL, a própria agência edita resoluções, portarias e outras normas para a administração adequada do setor. O processo de fiscalização dá ênfase à qualidade e continuidade do produto energia elétrica e na adequação dos serviços técnicos prestados pela concessionária. Analisa a observância, pela concessionária, dos padrões de qualidade e continuidade contidos no contrato de concessão e na legislação em vigor, além de averiguar os recursos humanos, materiais, métodos e os processos das áreas técnicas da concessionária. Adicionalmente, o MME, através da portaria n 339,1º de junho de 2012, define requisitos mínimos de desempenho para transformadores de distribuição em líquido isolante. A meta é intensificar a padronização do equipamento responsável pela entrega de energia elétrica aos consumidores e reduzir os níveis de perda quando opera em vazio e as perdas máximas totais. Em junho de 2013 o MME aprovou uma regulamentação para rotular selo de eficiência energética em transformadores de redes de distribuição em líquido isolante.

22 21 Estimasse uma economia anual de GWh de energia, equivalente hoje a R$ 468 milhões por ano, quando o processo de rotulação estiver plenamente implantado (PROCEN,2013). Mais uma vez destaca-se a importância dos transformadores como sendo os agentes responsáveis pela interligação entre as unidades de geração, transmissão e distribuição do SEP, representando os maiores ativos, em quantidade de equipamentos, nas subestações de distribuição. Além disso, os transformadores de média tensão ou distribuição são os componentes da rede de distribuição de maior perda, 33% da energia total (LEONARDO ENERGY, 2005). No Brasil as perdas no sistema de distribuição chegam a ordem de 61 TWh, cerca de 18,3% da energia consumida (MME, 2013). 1.3 Justificativas O presente trabalho tem como objetivo apresentar um sistema de monitoramento e diagnóstico de transformadores utilizando um módulo de aquisição e armazenamento de dados aliado à aplicação desenvolvida instalada num dispositivo móvel com suporte à plataforma Android. Sabendo do poder computacional embarcado nos dispositivos móveis e objetivando contribuir com as linhas de pesquisa e desenvolvimento nas áreas de manutenção preventiva/preditiva e gerenciamento energético demandado pelas empresas de distribuição de energia elétrica, estamos apresentando um aplicativo capaz de auxiliar o sistema de medição e controle das variáveis físicas de interesse à área da Engenharia Elétrica. A motivação para o trabalho teve origem na necessidade de tornar o sistema de monitoramento apresentado por (ANJOS, 2010) 2 mais flexível, moderno, conferindo-o uma atualização tecnológica condizente com a realidade atual quando se considera o estado da telefonia móvel e na viabilidade técnica de aplicações voltadas para o monitoramento das condições de operação de transformadores, sendo tratado como mais uma ferramenta auxiliar aos recursos de avaliação já existentes. A partir deste trabalho espera-se estimular o desenvolvimento de aplicativos voltados para áreas correlacionadas à Engenharia e contribui academicamente como material de pesquisa, publicação científica e ferramenta auxiliar aos profissionais especialistas em manutenção preditivas. 2 O sistema de monitoramento anterior é composto pelos módulos Datalogger, Mobile e Desktop.

23 Estrutura do Trabalho Este trabalho está dividido em cinco capítulos, com Referência Bibliográfica, Bibliográfia e Apêndices. No segundo capítulo é apresentada uma visão geral da automação voltada a Sistemas Elétricos de Potência, dando enfoque ao que há disponível no mercado, tecnologias e metodologias. Também é apresentado o módulo de aquisição e armazenamento de dados utilizado nos testes, descrevendo o hardware, os sensores utilizados e a etapa de comunicação com o dispositivo móvel. O terceiro capítulo é dedicado à descrição da aplicação desenvolvida, a apresentação do diagrama funcional, uma breve abordagem do Sistema Operacional (SO) Android e as ferramentas utilizadas no desenvolvimento. O quarto capítulo é dedicado à descrição do diagrama funcional geral do sistema de monitoramento proposto, comentando as etapas desde a coleta de dados até a exibição em forma de gráficos, detalhes da metodologia de testes, comentários e observações analíticas dos resultados. Por fim, o quinto capítulo é destinado às conclusões, avaliação crítica da pesquisa e as proposta de trabalhos futuros.

24 23 2. SISTEMAS DE MONITORAMENTO DE TRANSFORMADORES Este capítulo é destinado à apresentação das características do sistema de monitoramento existentes no SEP focado no equipamento transformador. Na seção 2.1 contém abordagem acerca do cenário da gestão da energia elétrica no Brasil, as dificuldades e a busca por soluções que minimizem os obstáculos e ao mesmo tempo sejam viáveis para adoção. Na seção 2.2 contém descrição e características das arquiteturas de sistemas de monitoramento bem como as principais diferenças. Em seguida na seção 2.3, há um detalhamento das etapas constituintes de um sistema de monitoramento básico. Na seção 2.4 é apresentado o módulo Datalogger projetado para monitorar e aquisicionar dados de transformadores para posterior avaliação. Na seção 2.5 é feita uma breve abordagem da norma 5416 que é utilizada neste trabalho para a estimação da vida útil do transformador. Por fim, na seção 2.6 são realizados alguns comentários conclusivos parciais acerca do conteúdo exposto no capítulo. 2.1 Panorama Atual no Brasil O mercado de energia elétrica no Brasil tem sido impactado sensivelmente pelo aumento da demanda exigida pelo crescimento dos centros populacionais e industriais, o advento de grandes eventos esportivos, execução de grandes obras de infraestruturas e em contrapartida tem-se vivenciado um período de estiagem, determinando a redução dos níveis de água nos reservatórios. Neste contexto, as empresas do setor estão sendo induzidas a administrar melhor a relação demanda e oferta de energia elétrica, forçando melhorias relacionadas à eficiência, confiabilidade, sustentabilidade e redução dos custos operacionais. Por ser um sistema cada vez mais complexo, exigindo elevados investimentos de ordem técnica e possuir dimensões continentais o sistema elétrico nacional é hoje tratado de forma singular. As empresas de energia elétrica têm destinado recursos para modernização e atualização tecnológica de suas redes, consideráveis parcelas financeiras de investimento tem sido destinadas ao planejamento, implantação e execução de obras, além de emprego de recursos em pesquisas voltadas à área da tecnologia da informação. Uma pequena falha no isolamento do transformador pode impactar sensivelmente todo um processo industrial, paralisar o comércio, desativar uma usina elétrica ou interromper o suprimento de grandes blocos de carga levando a imensuráveis prejuízos financeiros.

25 24 Segundo Alves e Vasconcelos (2009) este contexto tem forçado a mudança nas filosofias de manutenção, acelerando a migração da manutenção preventiva para a preditiva Os primeiros equipamentos em que se opera essa mudança são os transformadores de potência, visto que, além de essenciais para as redes de transmissão e distribuição, são, em geral, os maiores ativos de uma subestação. 2.2 Arquiteturas e Características Um típico sistema de monitoramento e supervisão de grandezas, elétricas e não elétricas é composto por unidades de aquisição e controle de dados, interfaces de conversão de sinais analógicos e digitais (A/D), computadores para processamento e armazenamento de dados, cumprindo a função de interface homem-máquina (IHM), protocolos padrões de comunicação, além do conjunto de transdutores e outros dispositivos que enlaçam os diferentes componentes (ALVES; VASCONCELOS, 2009), (DIETER, et al, 2007) e (ROCHA, et al, 2011). A Figura 2.1 ilustra um diagrama básico representativo do sistema descrito. Figura Arquiteturas observadas em sistemas de monitoramento. Fonte: Adaptada de (ROCHA, et al, 2011).

26 25 O modelo para sistemas de monitoramento e supervisão considera a medição das variáveis envolvidas por meio de sensores associados ou não a condicionadores de sinais, conectados a uma arquitetura: alicerçada na existência de um elemento centralizador, geralmente um controlador lógico programável (CLP), ou a descentralizada, alicerçada em IEDs (Dispositivos Eletrônicos Inteligentes). Na arquitetura centralizada, representada na Figura 2.1 pelos blocos interligados por setas na cor verde, o CLP é a parte principal do sistema. As informações são concentradas nesta parte e enviadas ao centro de controle e monitoramento. Entretanto as manutenções são consideradas mais difíceis, os sensores são dedicados à conexão com o CLP e exclusivos ao fabricante, uma falha no concentrador pode conduzir a perda total das funções do sistema, a temperatura máxima de operação é geralmente reduzida a 55ºC e a comunicação ocorrem com protocolos de comunicação industrial (ALVES; VASCONCELOS, 2009). Na arquitetura descentralizada, representada na Figura 2.1 pelos blocos interligados por setas na cor azul, os IEDs formam um sistema autônomo capaz de realizar medições e emitir alarmes, sem computadores ou softwares especiais associados. O uso dos IEDs permite uma redução no custo de implantação, bem como de manutenção, no número de cabos e equipamentos necessários à sua utilização, possibilitando troca de informações mais rápidas, simplificação do projeto, maior confiabilidade uma vez que cada sensor é independente e possui funções especializadas (ALVES; VASCONCELOS, 2009). 2.3 Descrição de um Sistema de Monitoramento O sistema de monitoramento é constituído por um conjunto de equipamentos, hardware e software, que está conectado ao sistema elétrico por meio de equipamentos de medição, proteção, controle e telecomunicações, possibilitando a supervisão e controle a distância (FERREIRA, 2007). O sistema de automação associado deve ser composto por equipamentos de aquisição de dados e de dispositivos localmente ou remotamente controlados, bem como possuir funcionalidades de processamento e análise dos respectivos dados que possibilitem suporte às funções de decisão. Dado que tais equipamentos desempenham papéis essenciais no monitoramento do sistema elétrico, eventuais falhas podem acarretar grandes prejuízos, não apenas pelos danos aos equipamentos, mas também por perdas de receitas, multas contratuais e redução da confiabilidade do sistema.

27 26 Neste contexto os sistemas de monitoração adotado em transformadores de potência são classificados como online. Segundo Alves e Vasconcelos (2009) sistemas de monitoramento online são considerados como uma importante ferramenta no processo de manutenção preditiva, pois não colocam em risco a segurança e confiabilidade da operação dos transformadores, permitindo conhecer sua condição de operação além de diagnosticar eventuais problemas. Portanto estes sistemas devem estar calibrados para diagnosticar operações anormais, e mais desejáveis ainda é que eles possam detectar falhas ainda em fase incipiente. Conforme Ferreira (2007) em operações em tempo real, as principais grandezas elétricas do SEP, por meio dos processos de telemedição; por intermédio de processos de telecontrole, atuam nos equipamentos para abrir ou fechar disjuntores; atuar nos reguladores de velocidade das unidades geradoras; modificar posição de tap de transformadores e atuar no sistema de excitação das unidades geradoras. As atividades de monitoramento e controle nos sistemas de média e alta tensão são consideradas economicamente viáveis em decorrência, principalmente, do valor dos equipamentos monitorados, o tempo de manobra e reparos mais longos e da abrangência geográfica de influência das interrupções nestes equipamentos (BARRETO, 2010) e (ROCHA, et al,2011). Segundo Martins (2009) os mais importantes critérios econômicos a considerar na gestão da vida de um dado transformador são: o valor residual, custo de manutenção 3, custo de monitoração, custo de reparo, custo de substituição 4 e valor do transformador como unidade de reserva. Para transformadores de distribuição a relação entre o custo do equipamento e o custo do sistema de coletada e transmissão de dados não é atrativamente compensador. Segundo Barreto (2010) também é reduzido o potencial de perdas financeiras e de imagem, em relação aos sistemas de média e alta tensão, pela maior capilaridade do sistema, a falha de um equipamento na distribuição custa menos, atinge menos usuários e numa área menor. Recentes estudos têm sido feitos com intuito de diagnosticar o estado de operação de transformadores de média tensão. Os trabalhos de (ANJOS, 2010) e (LIMA, 2012) 3 Custo de manutenção é usualmente crescente com o tempo de serviço do equipamento. 4 Os transformadores mais recentes apresentam perdas no núcleo de ferro inferior aos mais antigos.

28 27 mostram alternativas a complementar os sistemas de monitoramento nas empresas de distribuição. Estes sistemas que utilizam a estratégia de coleta de dados menos onerosa e são classificados como offline 5. A arquitetura adotada é a centralizada, o custo da instalação é inferior aos tradicionais, mas os benefícios e a garantia de continuidade da qualidade de serviço para consumidores atendidos na baixa tensão são aumentados. Nas seções seguintes serão abordadas as etapas constituintes do sistema de monitoramento voltado para o gerenciamento e controle do sistema elétrico, as tecnologias e implementações Etapa da Coleta de Dados Em um sistema de aquisição de dados, blocos funcionais relacionados com sensores, condicionadores de sinais, conversores analógico-digital (A/D) e memórias são constituintes básicos (BRAGA, 2008). Estes devem ser devidamente calibrados e associados a condicionadores de sinais a fim de filtrar todo e qualquer sinal indesejado. Assim a correta seleção dos sensores e condicionadores são parâmetros iniciais de garantia que o protótipo de medição funcionará de modo confiável. Aliado a isto, muitas tecnologias estão sendo desenvolvidas para tornar os sensores cada vez mais precisos e resistentes em situações extrema de temperatura, pressão e umidade, além disto, alguns dotados de módulo e protocolo para comunicação serial que permitam a troca de dados em rede de comando e supervisão. O sensor a ser utilizado é dependente da grandeza medida e adaptado à parte do equipamento a ser monitorado. A Tabela 2.1 resume os principais módulos de diagnóstico especificados no monitoramento de transformador, bem como as variáveis inspecionadas. Tipos como os termopares RTD 6 e termovisores para medições térmicas, os transdutores 7 resistivos, bobinas de Rugowski e transformadores de corrente (TC) para medições de corrente, transformadores de potencial (TP) para tensão elétrica, os strain gauges (extensômetros), para medições de deformações mecânicas, manômetros, relés e 5 Sistemas cuja atualização da base de dados não ocorre de forma automática. 6 RTD (Resistence Temperatura Devices): sensores cujo sinal de saída é uma resistência elétrica. 7 Dispositivos que modificam a natureza do sinal de entrada utilizado na mensuração de grandezas, por exemplo; enconder, medidor de energia residencial, termômetros, acelerômetros, anemômetro e outros.

29 28 cromatografia para monitoramento do gás são comumente utilizados nestes tipos de sistemas (BRAGA, 2008), (ALESSI, OGAWA, 2010). A fim de compatibilizar as informações medidas provenientes dos sensores em representações numéricas junto ao conversor A/D, o circuito condicionador de sinais é responsável por adequar o sinal elétrico gerado pelos sensores em sinais compatíveis para a interpretação pelos conversores digitais, respeitando-se uma relação sinal/ruído e níveis de distorção harmônica reduzidos. As informações medidas são convertidas para representações numéricas binárias através do conversor analógico-digital. A quantidade de bits de resolução, a velocidade de resposta e a faixa de amplitudes do sinal que deve ser convertido são características relevantes neste tipo de transcrição (ANJOS, 2010). Tabela Relação entre sensores e variáveis de inspeção. Fonte: (SEVERO, et al, 2011).

30 Etapas de Armazenamento e Transmissão dos Dados A etapa de armazenamento consiste no momento posterior a etapa de aquisição. Nela os dados são armazenados no banco de dados ou servidor local do sistema de gestão do monitoramento. Na área da operação em tempo real encontrada nas concessionárias de energia elétrica os dados coletados nas subestações de grande porte devem ser automaticamente disponibilizados, exigindo a disponibilidade de uma cobertura técnica para ajustes e ações que demandem intervenções imediatas. Sistemas de supervisão e controle dependem de sistemas de telecomunicações. Estes podem utilizar radiocomunicação, redes cabeadas ou comunicação via satélite. Normalmente são empregados meios físicos guiados, como as infraestruturas das redes cabeadas e de fibras óticas, ou através de propagação aérea, como em links de radiotransmissão (FERREIRA, 2007). Se o computador que efetua o armazenamento e tratamento dos dados estiver localizado na própria sala de controle da subestação, a conexão com a transmissão de dados que vêm dos equipamentos monitorados é direta. Caso contrário, se o computador estiver em uma localidade remota, a transmissão dos dados de medição pode ser efetuada também através rede intranet da empresa, pela internet ou ainda por modem celular GPRS. Em particular é necessário citar o protocolo IEC que define as regras para comunicação de equipamentos usados na automação de sistemas elétricos. Existem aplicações específicas desta norma denominada IEC 870-5/101 que descreve a comunicação de uma central de monitoramento com uma unidade de aquisição e controle de dados, e a IEC 870-5/103 que descreve a comunicação entre um computador e relés digitais (MELLO, 2006). Considerando-se os custos de implantação de meios físicos guiados nesses tipos de sistemas de monitoramento, observa-se que as tecnologias e os padrões de comunicação sem fio têm sido bastante utilizados. Pode-se citar os padrões Bluetooth, IEEE (WiFi), IEEE (WiMAX), IrDA e ZigBee (ANJOS, 2010) Etapa da Disponibilidade de Dados Um sistema de supervisão e controle deve ser capaz de converter os dados coletados em informações úteis e apontar diagnóstico e prognóstico do estado do equipamento monitorado. Segundo Alves e Vasconcelos (2009) cumprir essa função, o sistema deve

31 30 possuir um Módulo de Engenharia, no qual estão os algoritmos e modelos matemáticos para diagnósticos e prognósticos. O Módulo de Engenharia é um conjunto de programas ou aplicativos que usam a informação contida na base de dados para executar tarefas. A base de dados é constituída por registros de grandezas físicas, elétricas e diferentes grupos de informações dos eventos obtidos de forma direta ou indireta nos equipamentos da subestação, como por exemplo: acompanhamento da temperatura no transformador, corrente em alimentadores, TC, TP, alarmes, sinalizadores e outros. Tais grandezas medidas e observadas auxiliam na proteção dos equipamentos e acessórios destinados à proteção da rede, como também garante a segurança dos usuários, apontam equipamentos em condições anormais de operação, contribuem no índice de qualidade do fornecimento de energia elétrica e consequentemente na confiabilidade do sistema de distribuição de energia. Tabela Módulos de Engenharia para diagnóstico e prognóstico de transformadores. Fonte: Adaptado de (SEVERO, et al, 2011). Portanto nesta etapa os dados obtidos são convertidos e acessados pelo software que usa algoritmos que os processam e apresenta as condições de operação do equipamento monitorado, conferindo uma interface amigável ao usuário. A Figura 2.2 ilustra o ciclo de obtenção e visualização de dados em uma rede de monitoramento de transformadores de potência. Pela figura podemos visualizar a quantidade de equipamentos envolvidos no monitoramento, o sistema de integração, transmissão de dados e os diferentes meios de acesso.

32 31 Figura Ciclo de obtenção e visualização de dados. Fonte: (SEVERO, et al, 2011). 2.4 Módulo Datalogger Denomina-se módulo Datalogger o sistema de hardware microcontrolado responsável pelo monitoramento, sensoriamento e armazenamento de dados. A Figura 2.3 nos mostra a vista superior de um Datalogger exclusivamente desenvolvido para coletar dados das condições de operação de transformadores. Vale ressaltar que este módulo é resultado de uma série de adaptações e melhorias efetuadas no modelo apresentado por (SEGUNDO, 2009) e (ANJOS, 2010).

33 32 O módulo Datalogger é composto por oito partes funcionais: um microcontrolador, memória EEPROM, sensores de corrente e temperatura, circuito condicionador de sinais, circuito RTC (Real time clock and calendar), adaptador serial Bluetooth eb301, fonte simétrica de tensão simétrica de ±15 V e bateria de 12 V/ 7Ah. Figura Módulo Datalogger. Fonte: Elaborada pelo autor. O módulo é envolto por uma caixa plástica (CC Plast) da fabricante CEMAR Legrad cujo grau de proteção é IP67 e IK09. O sistema deve ser fixado no mesmo poste no qual está instalado o transformador de distribuição a ser analisado. Nas seções seguintes serão descritas as particularidades de cada parte funcional Microcontrolador e Memória. O microcontrolador utilizado é o dspic 30F3014 da Microchip Technology Inc. Este contém 15 canais A/D interno com resolução de 12 bits, dos quais 8 são utilizados para o propósito do trabalho: três para medição das correntes de fase, dois para a medição da temperatura no óleo e enrolamento do transformador por último três para tensões de fase. Vale ressaltar que, para diagnosticar as condições de operação do transformador e quantificar a vida útil do mesmo, apenas medidas de corrente e temperatura são suficientes. Logo, o sistema está apto para atender estudos genéricos. A memória EEPROM utilizada é o modelo 24LC512 da Microchip Technology Inc. Pode ser programada e apagada eletricamente pelo hardware do sistema e possui capacidade de armazenamento de bytes.

34 33 A cada ciclo de escrita 22 bytes da memória são utilizados, dos quais seis bytes são reservados ao long 8 da data e hora, no instante da gravação, mais 16 bytes para leitura dos canais A/D, sendo dois bytes por canal. Para o armazenamento dos dados é utilizado o protocolo de comunicação I²C entre o microcontrolador e a memória. A cada 10 segundos são feitas uma amostra dos sinais e, após 10 minutos, tira-se uma média dos valores obtidos e esta média é então gravada na memória. Essa medida foi assim adotada para que não se tivéssemos apenas um resultado pontual do instante da aquisição e buscando amenizar ruídos de leitura. Considerando o armazenamento de todas as variáveis necessárias, uma amostragem a cada 10 minutos e a capacidade de armazenamento de bytes, o tempo estimado para o completo preenchimento da memória é de 20 dias e 16 horas. A Figura 2.4 representa o pacote de 22 bytes que é armazenado na memória a cada ciclo de escrita. Foi adotada a seguinte metodologia: primeiro são armazenados os seis bytes representando o long da data/hora, seguida do conjunto de dois bytes por canal para os canais resevados a leitura de correntes, posteriormente mais dois bytes por canal para os canais reservados a leitura de temperatura e dois bytes por canal para os canais reservados a leitura de tensão. Figura Dados armazenados em um ciclo de escrita. Fonte: Elaborado pelo autor. O procedimento de substituição dos dados foi feito para lidar em duas situações. A primeira, no caso de configuração do módulo, a memória é completamente apagada e a segunda quando novos dados são adicionados estando à memória completamente cheia, ou seja, ocorrendo sobrescrita dos dados mais antigos. O processo de leitura e escrita na memória EEPROM merece atenção, pois é uma operação repetitiva e esforço maior deve ser feito no sentido de minimizar o tempo gasto nos respectivos ciclos. Neste contexto, com relação ao trabalho de (ANJOS, 2010), foi obtida uma significativa redução no tempo de transferência de dados entre os módulos Datalogger e 8 Formato da variável representativa da data e hora na linguagem Java.

35 34 Mobile 9 graças à mudança de estratégia de consulta ao banco de memória. Antes a leitura era feita em série: os dados lidos eram obtidos byte a byte; o microcontrolador envia o endereço do periférico (1 byte), a posição de memória (2 bytes) e o byte de controle, recebe o byte e, após isso, finalizava a comunicação. Esse ciclo ocorria até que a última posição de memória tivesse sido alcançada. É importante salientar que neste processo o microcontrolador envia quatro bytes para receber apenas um, o que torna o processo absurdamente ineficiente. Agora a leitura ocorre em blocos, o microcontrolador faz a leitura de uma única vez, de 200 bytes antes de fechar a comunicação. O fluxograma do ciclo de leitura está representado na Figura 2.5. Figura Fluxograma do ciclo de leitura. Fonte: Elaborada pelo autor. De forma semelhante ao caso anterior, o microcontrolador envia um byte indicando a memória, dois bytes para acessar a posição da memória e o byte de controle, entretanto ao receber o byte de resposta e fechar a comunicação, o microcontrolador envia um bit (ACK) e recebe o byte da posição de memória seguinte. Este processo ocorre até que 200 bytes tenham sido lidos e armazenados no buffer de recepção. Finalizado o processo, o conteúdo do buffer é enviado ao adaptador Bluetooth eb301 para a transferência de dados. Se toda a memória tiver sido lida (65536 bytes), o ciclo de leitura é encerrada, caso contrário, a comunicação é novamente aberta e mais um pacote de 200 bytes é carregado. 9 Subsistema de hardware e software relacionado com as funções de carga dos dados, via transmissão sem fio Bluetooth, do sistema de aquisição microcontrolado para o dispositivo móvel (celular, tablet, smartphone).

36 35 O comando ACK é equivalente a manda o conteúdo da próxima posição de memória. Assim a conexão é fechada uma única vez a cada 200 bytes lidos, refletindo numa redução no tempo de transferência e no consumo de energia Relógio em Tempo Real (RTC) É o hardware cuja funcionalidade é manter atualizada a referência de tempo do módulo Datalogger. Além disso, este componente é utilizado para armazenar as configurações do módulo. Figura Relógio de tempo real do sistema. Fonte: Elaborada pelo autor. A configuração do módulo Datalogger consiste em um conjunto de 22 bytes que particularizam o transformador em avaliação. A Figura 2.7 ilustra este conjunto, informa ao microcontrolador que o índice de identificação (ID) do transformador em é 0001, a data/hora atual é 10/11/13 às 09:00:00 horas, o período de amostragem de 10 segundos, período de gravação de 600 segundos e oito canais A/D estão sendo utilizados. Figura Exemplo do pacote de configuração do módulo Datalogger. Fonte: Elaborada pelo autor. Após o processo de configuração os dados são armazenados na memória RAM do RTC e a data/hora passa a ser incrementada a cada segundo. Caso venha ocorrer alguma falha no fornecimento de energia nada pertinente à configuração é perdida, pois o circuito contém uma acoplada.

37 Sensores Nesta versão do sistema houve a necessidade de substituir os sensores de corrente por outros de maior escala e de mais fácil instalação e readequar um novo condicionador de sinais para ela. Foi adotado o sensor de corrente Pro-Flex ACF 3000 da fabricante ProSys. Este equipamento, representado na Figura 2.8, funciona de acordo com o princípio da bobina de Rogowski. A bobina consiste de um núcleo toroidal, não magnético, que é colocado em torno do condutor. O campo magnético produzido pela corrente alternada no condutor induz uma tensão na bobina. Figura Detalhe do sensor de corrente. Fonte: Elaborado pelo autor. As vantagens da utilização da bobina de Rogowski para medidas de corrente, em relação aos transformadores de corrente, são (Monteiro, et al, 2005): a) linearidade: A medida do sinal é linear devido ao núcleo ser não ferromagnético e, portanto, não são vistos fenômenos de saturação por histerese. Isto significa que a bobina pode ser utilizada para medição em uma larga banda de corrente. b) isolamento galvânico: O circuito de medida está isolado do circuito de potência. Isto contribui com uma grande vantagem quando se quer medir grandes intensidades de corrente. c) ampla largura de banda. Com a utilização desta ponteira o sistema de medição passa a ocupar menor volume, peso, tornou-se mais flexível e fácil de ser adotado em sistemas onde os condutores são mais espessos. Além disso, as características elétricas são atrativas: grau de proteção IP65, saída de tensão limitada em 123 mv em 60 Hz, temperatura de operação entre -20 C a 65ºC, faixa de umidade entre 15% a 85% e tolerância de 0.5% em 25ºC.

38 37 Para medição da temperatura foi adotado o sensor PT 100, fabricado pela Labfacility, mostrado na Figura 2.9. Construtivamente este sensor comporta-se como um transdutor de temperatura composto por pura platina. Este material confere ao sistema de medição alta precisão, estabilidade térmica e operação nas faixas de temperatura entre -200 C e 800 C. O princípio de operação do sensor baseia-se na propriedade física dos metais alterarem a sua resistência elétrica com a variação da temperatura. Figura Detalhe do sensor de temperatura. Fonte: Elaborado pelo autor Condicionadores de Sinais. O circuito condicionador de sinais é responsável por adequar o sinal elétrico gerado pelos sensores em sinais compatíveis para a interpretação pelos conversores digitais, respeitando-se uma relação sinal/ruído e níveis de distorção harmônica reduzidos. O Datologger contém dois tipos de condicionadores: um destinado aos sensores de temperatura e outro para os sensores das correntes. O circuito condicionador de sinais, mostrado na Figura 2.10, recebe a saída ôhmica do sensor de temperatura e converte em sinal de corrente entre 4 e 20 ma para a entrada A/D do microcontrolador. A montagem deste dispositivo no conjunto do sistema de aquisição de dados é mostrada na figura Figura Transmissor do sinal de temperatura. Fonte: (CONTEMP, 2013).

39 38 Figura Detalhe da ligação do transmissor de temperatura com o sensor PT 100. Fonte: (CONTEMP, 2013). O circuito condicionador de sinais, mostrado na Figura 2.12, é responsável por adequar o sinal que vem dos sensores de corrente a fim de torná-lo compatível com a tensão de referência do conversor A/D do microcontrolador. É composto basicamente por duas partes: um circuito integrador e um circuito integrado dedicado para cálculo do valor eficaz de sinais. O esquemático da placa encontra-se disponível no apêndice A. Figura Condicionador de sinal para os sensores de corrente. Fonte: Elaborado pelo autor. O sinal proveniente do sensor de corrente possui uma amplitude muito pequena e alta taxa de ruído. Para atenuar esse problema, utiliza-se um amplificador operacional na configuração integrador, que funciona como filtro para os ruídos, além de fornecer também um ganho de amplitude ao sinal. O amplificador operacional utilizado foi o TL084CN.

40 39 O sinal proveniente do primeiro estágio, já filtrado e amplificado, é aplicado ao circuito integrado AD736. Este componente fornece uma tensão continua em sua saída equivalente ao valor RMS 10 do sinal de entrada. A tensão contínua fornecida pelo circuito integrado é então novamente amplificada e levada até um dos canais A/D do dspic Protocolo de Comunicação. O protocolo ModBus é baseado em um modelo de comunicação mestre-escravo, onde um único dispositivo, o mestre, pode iniciar transações denominadas queries com outros dispositivos conectados a ele. Estes últimos dispositivos conectados e em rede (escravos) respondem, suprindo os dados requisitados pelo mestre ou executando uma ação por ele comandada. Figura Base de funcionamento do protocolo Modbus. Fonte: Elaborado pelo autor. Durante a comunicação em uma rede Modbus, o protocolo determina como o dispositivo em rede conhecerá seu endereço, como reconhecerá uma mensagem endereçada a ele, como determinar o tipo de ação a ser tomada e como extrair o dado ou outra informação qualquer contida na mensagem dentre dois ou mais dispositivos. Para implementação do protocolo foi adotado o modo de transmissão ASCII 11, utilizado em comunicação serial e caracterizado pela utilização de caracteres. As mensagens deste modo iniciam pelo caractere dois pontos ( : ) e finalizam com os caracteres CR carriage return (CR) e linefeed (LF). 10 RMS é o valor médio quadrático ou eficaz de uma medida de valor variável. 11 Código padrão Norte-americano para intercâmbio de informações usado para representar os caracteres entendido pelos computadores.

41 40 Figura Formato da mensagem no modo ASCII. Fonte: Adaptado de (MODBUS ORGANIZATION INC., 2013). As funções implementadas para o propósito deste trabalho foram a: a) 03 Destinada à transferência dos dados da memória EEPROM do módulo Datalogger; b) 1F Destinada ao ajuste da configuração do módulo Datalogger; c) 24 Destinada a leitura, em tempo real, dos sensores do módulo Datalogger. 2.5 Norma Técnica Brasileira 5416 A NBR 5416/97, aplicação de cargas em transformadores de potência, fornece os procedimentos para a aplicação de cargas em transformadores e autotransformadores, imersos em líquido isolante, classe de isolação 55 C ou 65 C com potência até 100 MVA, fabricados e ensaiados de acordo com NBR 5356 (Transformadores de potência Especificação), com dois ou mais enrolamentos, trifásicos ou bancos com unidades monofásicas. Os procedimentos descritos nesta se baseiam no envelhecimento da isolação dos enrolamentos. O líquido isolante tem a função de proporcionar isolação, proteger o papel isolante de poeira e umidade e proporcionar a refrigeração ao núcleo e aos enrolamentos do transformador (BANDYOPADHYAY, 2007). Os principais líquidos isolantes utilizados em equipamentos elétricos são: óleos minerais isolantes de base naftênica (tipo A) e de base parafínica (tipo B), hidrocarbonetos de alta temperatura, silicone e ascarel, sendo o óleo mineral o usado em 95% dos transformadores (MARTINS, 2009), (PÉREZ, 2001). Transformadores e autotransformadores (TA) de classe 55 C são aqueles cuja elevação da temperatura média (TM) dos enrolamentos, acima da ambiente, não excede 55 C e cuja elevação de temperatura do ponto mais quente (TPM) do enrolamento, acima da ambiente, não excede 65 C. Já TA de classe 65 C são aqueles cuja elevação da TM dos enrolamentos, acima da ambiente, não excede 65 C e cuja elevação (TPM) do enrolamento, acima da ambiente, não excede 80 C. Segundo Harlow (2007) essas duas classes foram estabelecidas após a utilização de papéis termicamente melhorados como o processo Kraft na fabricação dos transformadores.

42 41 A temperatura ambiente é um determinante fator no estabelecimento da capacidade de carga do transformador, uma vez que a elevação de temperatura para qualquer carga deve ser somada à ambiente para obter a temperatura de operação do equipamento. O sistema papel isolante presente nos TA é submetido a um contínuo processo de degradação por ação da água, oxigênio e ácidos presentes no líquido isolante (MARTINS, 2009). Mantendo-se ação destes elementos sob controle, o envelhecimento da celulose é predominantemente térmico e cumulativo. Considerando isto, a vida estimada do transformador é inversamente proporcional à elevação da temperatura nos enrolamentos ao longo do tempo. Seguindo a lei de Arrhenius podemos calcular a velocidade de uma reação química em função da temperatura a partir da seguinte expressão: Não há um critério único para a avaliação do fim da vida do transformador. Entretanto, é possível realizar uma avaliação da velocidade de envelhecimento adicional o qual está sendo submetido o equipamento, comparando a perda de vida com uma taxa de perda de vida média de referência. Baseado na relação da equação (I) é possível calcular a taxa de envelhecimento global que a isolação dos enrolamentos é submetida no intervalo de tempo. Sendo, PV: porcentagem de perda de vida da isolação no tempo, em horas; T: temperatura do ponto quente do enrolamento em graus Kelvin; A e B: constantes. A = -14,133 para transformadores de classe 55ºC ou A = -13,391 para transformadores de classe 65 C e B = 6972,15. Por exemplo, aplicando uma carga no transformador que eleve o ponto quente a uma temperatura de 100º C, durante uma hora esse transformador apresentaria uma perda de vida estimada de. Se a carga persistir ao longo de um dia a perda de vida diária (PVD%) estimada é de

43 Considerando que o ciclo de carga diário calculado defina o perfil da carga suprida pelo transformador em um ano, a vida útil do equipamento é estimada por (III). 42 Logo, a vida útil do transformador é estimada em A seção 5.3 da norma mostra os limites da temperatura de operação do transformador. Caso a temperatura medida seja inferior aos máximos da tabela 2.3, pode-se concluir pelas expressões (II) e (III) que perda de vida útil anual é muito pequena. Tabela 2.3 Temperaturas limites de operação do transformador. Fonte: (NBR 5416,1997). A figura 2.16 ilustra a curva de expectativa de vida em horas para transformadores baseada na temperatura do ponto mais quente. Figura 2.15 Curva de expectativa de vida para transformadores da classe 55º e 65º. Fonte: (LIMA, 2012).

44 Conclusão Este capítulo foi destinado à explanação dos sistemas de monitoramento voltados para SEP, características decorrentes do módulo de operação e arquiteturas disponíveis. Partindo do conceito teórico e das necessidades do mercado foi apresentado na seção 2.4 o módulo Datalogger. O módulo Datalogger descrito é resultado de uma série de adaptações e melhorias obtidas realizadas no protótipo apresentado por (SEGUNDO, 2009) e (ANJOS, 2010). Estas melhorias adéquam ainda mais o módulo as realidades de mercado. Dentre as melhorias estão à implantação do relógio de tempo real com bateria própria, permitindo ao sistema continuar com a referência de data e hora correta mesmo em situação de extrema raridade: falta de fornecimento de energia elétrica e fonte CC descarregada, a substituição dos sensores de corrente baseado em transdutores pelas ponteiras de corrente que operam de acordo princípio da bobina de Rogowski. O novo equipamento é adequado quando se trabalha com condutores espessos e dispostos em locais de difícil acesso, além de ser apropriado para medir a corrente sem a necessidade de desenergizar o condutor. Outros avanços foram o condicionador de sinais desenvolvido exclusivamente para o novo sistema de medição das correntes. Consiste em uma relevante melhoria, pois opera com precisão aceitável na faixa entre 100 A e 600 A, além de ser extremamente mais barato que os condicionadores comerciais, a redução do tempo de leitura da memória EEPROM e consequentemente a redução do tempo de transferência de dados entre o módulo Datalogger e qualquer dispositivo que o solicite. Mediante os conhecimentos técnicos do módulo de aquisição e armazenamento dos dados, observa-se a importância de se conhecer a metodologia de teste e as características operacionais do sistema em funcionamento. Pretende-se explorar isto no capítulo quatro, onde serão mostrados os passos da operação e detalhado o relacionamento entre o sistema de aquisição de dados e o aplicativo Mobile proposto neste trabalho.

45 44 3. DESCRIÇÃO DA APLICAÇÃO PROPOSTA A apresentação da aplicação é realizada neste terceiro capítulo. Inicialmente são apresentadas as justificativas e motivações que conduziram o desenvolvimento da aplicação na plataforma Android, comentando-se a principais características na seção 3.1 As funcionalidades são abordadas na seção 3.2 e na seção 3.3 os comentários conclusivos parciais acerca do conteúdo exposto. 3.1 Justificativas O cenário atual mundial nos mostra uma enorme demanda por computação portátil, ubíqua e de alto poder computacional. Exemplos clássicos são as recentes evoluções nas áreas de entretenimento e telecomunicações, no qual dispositivos móveis demandam cada vez mais operações por segundo e maiores quantidades de memória. Diante do contexto não é incoerente afirmar que aplicativos móveis já fazem parte das estratégias de empresas dos mais diversos segmentos de mercado. Sabendo do poder computacional embarcado nos dispositivos móveis e objetivando contribuir com as linhas de pesquisa e desenvolvimento nas áreas de manutenção preventiva/preditiva e gerenciamento energético demandado pelas empresas de distribuição de energia elétrica, estamos apresentando um aplicativo capaz de auxiliar o sistema de medição e controle das variáveis físicas de interesse à área da Engenharia Elétrica. É difícil não inserir o SO Android quando se pensam em atualizações tecnológicas, inovações e ferramentas computacionais de alto nível. De fato, a plataforma conquistou o mercado consumidor e o gosto dos desenvolvedores. A quantidade de ferramentas disponíveis, a portabilidade, a linguagem de desenvolvimento, a possibilidade de embarcar aplicações não nativas, o fato de ser de código aberto, está disponível em celulares, tablets, smarthphones e o custo são as características que levaram o SO Android ao topo do mercado mobile. Portanto, diante da grande aceitação no mercado e a perspectiva que a plataforma proporciona a cada nova versão, ela foi escolhida para compor a base da aplicação proposta neste trabalho.

46 A Aplicação O aplicativo assim nomeado Sistema de Monitoramento e Avaliação de Transformadores (SIMA_TRAFO) apresenta-se como ferramenta de cunho auxiliar ao modelo de operação do sistema de monitoramento adotados nas distribuidoras de energia elétrica. O equipamento alvo da aplicação é o transformador de distribuição, pois, embora sejam partes importantes dentro do setor elétrico, estes equipamentos não recebem os mesmos cuidados que os transformadores de potência. O funcionamento do aplicativo é dependente da base de dados contida no módulo Datalogger descrito no capítulo anterior. Uma vez transferidos os dados do módulo para o dispositivo que contém incorporada a aplicação, o usuário poderá fazer o levantamento do comportamento da carga instalada ao transformador e diagnosticar as condições de operação as quais o equipamento está sujeito. O propósito do aplicativo é possibilitar aos engenheiros e técnicos da manutenção o acompanhamento das grandezas físicas medidas e armazenadas no banco de dados interno do dispositivo no qual a aplicação está executando e estimar o tempo de vida útil do transformador monitorado Funcionalidades Do ponto de vista da comunicação sem fio Bluetooth entre o módulo Datalogger e dispositivo móvel e as funcionalidades embarcadas neste, temos as funcionalidades abaixo: a) descoberta de dispositivos móveis para a comunicação via tecnologia bluetooth; b) estabelecimento do enlace de comunicação, via bluetooth, para a configuração do módulo Datalogger; c) estabelecimento do enlace de comunicação, via bluetooth, para a transferência de dados entre o módulo Datalogger e o dispositivo móvel; d) mensagens ao usuário sobre o estado do processamento; e) recepção dos dados coletados, mediante o protocolo Modbus; f) tratamento, validação e armazenamento dos dados coletados no banco de dados interno do dispositivo móvel; g) visualização e análise dos dados armazenados através de gráficos;

47 46 h) estimação da vida útil do transformador monitorado; Nas subseções seguintes são descrito o processamento da aplicação, focando nas principais partes integrantes do ponto de vista dos resultados desejados Comunicação Bluetooth O Bluetooth é uma tecnologia padrão global que permite a comunicação entre dispositivos eletrônicos utilizando uma pequena faixa de rádio e baixo consumo de energia. Ela é requisito obrigatório em dispositivos com plataforma Android a partir da versão 2.0. Desenvolvedores podem aproveitar esse recurso através da API Bluetooth disponível no pacote android.bluetooth. A Figura 3.1 descreve os passos utilizados na aplicação para estabelecimento de uma conexão via Bluetooth. Para iniciar uma comunicação Bluetooth no SO Android o dispositivo local, representado pelo objeto da classe BluetoothAdapter, deve está habilitado e iniciar a busca por outros dispositivo Bluetooth. Finalizada a descoberta, uma lista com nome e endereço dos dispositivos descobertos é retornada. Figura 3.1- Diagrama da conexão Bluetooth. Fonte: Elaborado pelo autor. Os dispositivos encontrados são representados por objetos da classe BluetoothDevice. Cabe ao usuário selecionar o(s) dispositivo(s) o qual deseja iniciar a comunicação. O enlace da conexão ocorre quando na tentativa da comunicação um objeto BluetoothSocket é retornado (Android, 2013).

48 47 Obtida a comunicação os canais RFCOMM 12 estarão disponíveis para a troca de informações entre os objetos BluetoothAdapter e BluetoothDevice. O processamento acima é executado no instante entre a descoberta e o enlace da conexão entre o dispositivo móvel e o módulo Datalogger. Concretizada a conexão, cabe ao usuário enviar comando para receber dados do módulo ou configurá-lo Transferências de Dados O módulo Datalogger está programado para responder aos dois comandos de transferência e configuração. No comando de transferência, os dados armazenados na memória EEPROM são enviados ao dispositivo móvel. Para ocorrer este evento, o dispositivo móvel deve enviar ao módulo Datalogger o pacote de instrução, mediante protocolo ModBus, solicitando o descarregamento da memória. Recebendo a solicitação, o microcontrolador presente no módulo Datalogger inicia o ciclo de leitura da memória EEPROM e envia pacotes de bytes, conjunto de 200 bytes, ao adaptador bluetooth eb301. No comando de configuração, a identificação e a programação do módulo Datalogger são atualizadas. O parâmetro de configuração é composto pelo ID do transformador em análise, períodos da amostragem e gravação de dados, número de canais de medição além de ajustar a data/hora do módulo à data/hora do dispositivo móvel. Através deste comando o usuário cadastra novos transformadores no banco de dados do dispositivo móvel como também testa a comunição bluetooth antes de colocar o módulo em operação. Figura Diagrama do ciclo de configuração. Fonte: Elaborado pelo autor. 12 RFCOMM: Protocolo que emula transferência de dados serial via porta RS-232 através dos canais InputStream e OutputStream.

49 48 Figura 3.3 Diagrama do ciclo de transferência. Fonte: Elaborado pelo autor Tratamento, Validação e Armazenamento. A etapa de tratamento de dados é iniciada após a finalização da etapa descrita na seção anterior. A rotina de tratamento dos pacotes obtidos é a atividade de maior processamento da aplicação. Esta etapa é dividida em duas partes. A primeira parte do tratamento consiste em separar os bytes de dados úteis do pacote recebido. Conforme a seção 2.4.5, o protocolo Modbus exige que os pacotes de dados inicializem com o caractere :, seguido dos bytes de endereço, da função, do número de bytes úteis do pacote e finalizem com os caracteres de checagem de erro. Portanto, na primeira parte da recepção de dados, estes caracteres são removidos, separando-se os bytes de dados úteis. Na segunda parte, os pacotes de dados, agora constituídos por bytes úteis, são separados em registros. Um registro é composto por seis bytes que representam a data e hora no instante da gravação mais os 16 bytes das leituras dos canais A/D do microcontrolador (módulo Datalogger). A Figura 3.4 ilustra o formato de um registro. Figura 3.4 Exemplo de registro. Fonte: Elaborado pelo autor. Para cada canal são destinados dois bytes. Os campos canal_01, canal_02 e canal_03 são destinados às leituras de corrente, já os campos canal_04 e canal_05 referem-se às medições das temperaturas e, os demais, leituras de tensão.

50 49 Finalizada a separação dos pacotes de bytes úteis em registros, os valores no formato hexadecimal são convertidos em inteiros. Posteriormente, os dados inteiros são convertidos na correspondente leitura analógica. Esta função de conversão depende da calibração específica de cada sensor. Por exemplo, a leitura de corrente tem função de conversão específica e diferente da função de conversão das leituras de temperatura e tensão. O processo de validação consiste em verificar os registros já convertidos e remover os considerados inconsistentes. Um registro é considerado inconsistente quando sua data/hora está avançada em relação ao relógio do dispositivo móvel ou valores dos canais todos nulos ou ainda se existir algum canal com valor negativo. Após as etapas de tratamento e validação, resta apenas adicionar os registros válidos ao banco de dados da aplicação. Toda aplicação Android contém a ferramenta nativa de criação de banco de dados relacionais. Para utilizá-lo não é necessária qualquer configuração ou administração de banco de dados, apenas é necessário definir os comandos SQL para criar e atualizar o banco. Através da definição de chave primária composta para os campos de ID do transformador e data/hora a duplicação de registros é evitada. Finalizada as etapas acima, o usuário poderá visualizar, por meio de gráficos, as grandezas físicas aquisionadas pelo módulo Datalogger e estabelecer plano de manutenção em função do diagnóstico da vida útil do transformador Gráficos A área gráfica da aplicação merece uma atenção toda especial, pois é nesta tela que o usuário visualiza os registros armazenados no banco de dados. Para implementá-la foi necessário importar biblioteca externa, não nativa, GraphView. A partir desta biblioteca é possível desenhar gráficos no formato de linhas ou barras, além de ter disponíveis ferramentas de ajuste e personalização do layout. A tela de gráficos contém elementos de seleção das grandezas medidas, data e transformadores. O detalhe da tela e procedimentos de utilização será detalhado no capítulo cinco, destinado a resultados e testes da interação entre o módulo datalogger e o dispositivo móvel com a aplicação instalada.

51 Cálculo da Vida Útil Como visto na seção 2.5, a quantificação da vida útil do transformador é função da temperatura do ponto quente do equipamento. A norma IEEE C apresenta dois modos para o cálculo desta temperatura. Segundo a norma do IEEE C o cálculo da temperatura do ponto quente é função de três componentes: a temperatura ambiente, a variação da temperatura entre topo do óleo e a ambiente e a variação de temperatura entre o ponto quente e o topo do óleo. Para cálculo destas variações é utilizado o modelo térmico do líquido isolante como também o carregamento da fase mais carregada em PU. Portanto, para a estimação do tempo de vida útil do transformador, é necessário ter na base de dados do sistema de monitoramento a temperatura do ambiente ao redor do equipamento bem como dados de corrente. Adicionalmente é importante o conhecimento das propriedades físicas do líquido isolante. No apêndice D está disponível o diagrama do modelo matemático usado neste cálculo e detalhes dos valores adotados. 3.3 Conclusão O Android é um conjunto de softwares para dispositivos móveis que inclui Sistema Operacional (SO) e aplicativos adicionais. É um projeto de código aberto e constitui o SO mais difundido atualmente, executável em dispositivos móvel de várias fabricantes. Neste capitulo tratamos das funcionalidades do aplicativo SIMA_TRAFO criado para executar a função de interface gráfica entre o sistema de monitoração remoto, módulo Datalogger, e o usuário. Aproveitando a portabilidade, poder computacional da plataforma Android e os recursos de hardware embarcados nos atuais dispositivos móveis é possível desenvolver aplicativos habilitado para o processamento de dados, transformá-los em gráficos, interagir com dispositivos remotos e a ação de escolhas do usuário e, adicionalmente, possibilitar a avaliação de um equipamento elétrico.

52 51 4. FUNCIONAMENTO DO SISTEMA APLICATIVO E DATALOGGER Este capítulo é destinado à descrição do ensaio realizado com o sistema módulo Datalogger e aplicativo SIMA_TRAFO, bem com a apresentação das telas do aplicativo e discussão dos resultados. Para a composição da massa de dados necessária para o diagnóstico de um transformador, o módulo Datalogger é posto em funcionamento durante uma semana. Neste período são realizadas medições e aquisições dos dados com uma taxa amostral de 1 amostra a cada 10 segundos e 1 gravação a cada 10 minutos. Para a avaliação do transformador deve ser selecionado o dia pertencente ao período de avaliação em que se constatam as piores condições de operação do equipamento: temperatura ambiente mais elevada e equipamento sobrecarregado. 4.1 Metodologia de Testes Em virtude de o projeto estar em fase de montagem física do protótipo final, os ensaios foram realizados no laboratório GPAR. Devido à indisponibilidade de um transformador de distribuição para a obtenção da massa de dados necessária, a carga foi emulada através da utilização de um banco de resistências mostrada na Figura 4.1. Este banco foi ajustado para simular as condições de corrente ao qual um transformador de distribuição com potência 75 kva, tensão de linha de 380 V e instalado no poste é submetido. Figura 4.1 Banco de resistências utilizado para simular a carga. Fonte: Elaborado pelo autor.

53 52 Para obtermos uma corrente próxima a de operação de um transformador de distribuição foi necessária multiplicar a corrente consumida pelo banco de resistência através de voltas do condutor de fase sobre os sensores de corrente do Datalogger. Portanto foi adotada uma bobina de 43 espiras, assim a corrente medida pelos sensores de corrente do Datalogger é 43 vezes superior a corrente exigida pela carga. Figura 4.2 Método de medição das correntes de fase. Fonte: Elaborado pelo autor. O arranjo da Figura 4.2 mostra o condutor de fase em vermelho usado para ligar o banco de resistências à tomada de uso geral do laboratório, os sensores de correntes do módulo Datalogger em verde e o sensor de corrente modelo A621 da marca Tektronic conectado ao osciloscópio. No ensaio foi adotada uma corrente de carga igual 3.3 A, obtida pela ligação da resistência de 60Ω/800W na tensão fase-neutro de 220 V, o que equivale a uma corrente medida de aproximadamente 142 A. Esta configuração foi adotada por fornecer a menor corrente possível. As demais configurações retornariam uma corrente medida na faixa de 250A a 600A, condições essas que levariam a queima de um transformador de 75 kva. A Figura 4.3 mostra a oscilografia da corrente, a escala de ajuste do instrumento de medida foi de 1 mv/a. Pela medida CH2 RMS podemos ver que a corrente eficaz medida pelo sensor de corrente A621/ Tektronic é de 142 mv.

54 53 Figura 4.3 Leitura do valor RMS de corrente verificado no osciloscópio. Fonte: Elaborado pelo autor. Para a medição das temperaturas, o sensor representando a temperatura ambiente foi instalado ao lado do banco de resistências enquanto o sensor para a medição a temperatura do óleo foi sobreposto em cima das resistências. Os ajustes da calibração destes sensores foram realizados com auxílio do multímetro digital modelo MD-6111 da marca Icel. Figura 4.4 Detalhe da localização dos sensores de temperatura. Fonte: Elaborado pelo autor.

55 54 Quanto ao aplicativo, o mesmo foi testado no tablet modelo TT-2501 fabricante Azurra. Dentre as principais características do equipamento destacam-se a versão do Android, processador Dual Core de 1.5 GHz, memória interna de 8 GB, tela de 7 polegadas, conexão Wi-Fi e tecnologia bluetooth. Com relação à utilização do aplicativo, o mesmo é solicitado em cinco etapas: (i) busca por dispositivos com tecnologia bluetooth; (ii) conexão; (iii) transferência, tratamento e armazenamento de dados; (iv) análise gráfica das grandezas medidas pelo Datalogger e (v) avaliação da vida útil do transformador monitorado. Com relação aos testes da comunicação entre o tablet e o módulo Datalogger foi usado a versão gratuita do software Docklight 2.0. Este software permite conectar a portas seriais reais ou emuladas (protocolos RS232, RS485/422 e outros), permitindo a possibilidade de enviar e receber informações por tais portas. É executável no Windows 7, Windows 8, Windows Vista ou Windows XP (DOCKLIGHT, 2013). Figura 4.5 Simulação da comunicação entre o tablet e o adaptador bluetooth. Fonte: Elaborado pelo autor.

56 Telas do Aplicativo SIMA_TRAFO Para usufruir do SIMA_TRAFO é necessário instalar no tablet o arquivo de extensão apk representativo da aplicação. Este arquivo é gerado automaticamente pela Integrated Development Environment (IDE) usada no desenvolvimento do aplicativo. Detalhes sobre os procedimentos de instalação encontram-se disponíveis no apêndice B. A Figura 4.6 mostra o ícone da aplicação gerada no tablet após a instalação. Figura 4.6 Ícone da aplicação SIMA_TRAFO. Fonte: Elaborado pelo autor. Nas subseções a seguir são apresentadas as telas da aplicação e comentários a respeito das funcionalidades pertinentes e simultaneamente a interação do aplicativo com o módulo Datalogger.

57 Tela Inicial Mediante a inicialização da referida aplicação, a tela de abertura é visualizada. Esta tela dispõe das opções Conectar, Gráficos, Transformadores Cadastrados e, no canto superior direito, o menu sair. A Figura 4.7 mostra o layout da tela inicial. O slogan, Eletrobrás Amazonas Energia, foi adotado por ser esta empresa a mentora de todo o projeto em sistema de monitoramento de transformadores desenvolvido no laboratório GPAR. Nos tópicos seguintes serão apresentadas as telas das etapas de comunicação, transferência e validação de dados, armazenamento e formação de gráficos. Tópicos mais minuciosos sobre os recursos utilizados e informações acerca da IDE estão disponíveis no apêndice B. Figura 4.7 Tela inicial do SIMA_TRAFO. Fonte: Elaborado pelo autor.

58 Tela de Descoberta Bluetooth Ao selecionar a opção Conectar, a sequência de telas apresentadas na Figura 4.8 é mostrada. A primeira notifica ao usuário que a aplicação requer o bluetooth ligado, caso o usuário permita, a busca por dispositivos localizáveis é automaticamente iniciada. O tempo de busca programada é de 10 segundos. Finalizado o tempo, o componente de fundo branco é preenchido com a lista de dispositivos bluetooth encontrados e disponíveis à conexão. Através desta lista o usuário seleciona qual dos dispositivos deseja estabelecer o enlace de comunicação. Caso o dispositivo desejado não tenha sido encontrado, o usuário pode realizar uma nova busca clicando no botão Reiniciar. Selecionado um dos componentes a tentativa de conexão é iniciada. Uma vez que é feita uma conexão com o dispositivo remoto, pela primeira vez, um pedido de emparelhamento é automaticamente enviado ao usuário. Figura 4.8 Telas de permissão, busca e listas dos dispositivos localizados. Fonte: Elaborado pelo autor. Se a conexão for concretizada, o aplicativo prossegue à tela de conexão. Do contrário, uma mensagem de notificação é exibida e em seguida a aplicação retorna para a tela inicial. Evento semelhante faz a rotina de execução do botão Voltar.

59 Tela de Conexão Nesta tela, Figura 4.9, é mostrada o nome amigável e endereço físico do módulo Datalogger além do estado de conexão com o tablet. Nela há duas funcionalidades, a primeira é a de configuração do módulo Datalogger e a segunda é a transferência de dados. Mediante a opção Configurar a tela mostrada na Figura 4.10 é chamada e as informações sobre a identificação do módulo Datalogger podem ser inseridas ou atualizadas. O parâmetro da configuração é composto pelo índice de identificação (ID) do transformador, períodos da amostragem e gravação de dados e número de canais A/D utilizados na medição. Mediante a opção Transferir, os dados de medição de temperatura e corrente armazenados na memória EEPROM do módulo Datalogger são transferidos para o dispositivo móvel, baseado no protocolo Modbus. Figura 4.9 Tela de conexão do SIMA_TRAFO Fonte: Elaborado pelo autor.

60 Tela de Configuração Nesta tela o usuário configura o módulo Datalogger e atualiza o cadastro do transformador em análise junto ao banco de dados do tablet. Como visualizada na Figura 4.10, a tela de configuração possui os campos de identificação das características elétricas do transformador (potência e corrente nominais), nome do fabricante, dados da instalação (endereço, CEP, cidade e estado) e os dados de configuração (períodos de amostragem, gravação e número de canais) do módulo Datalogger. Após preencher os campos de informações, selecionar as opções de configuração disponíveis e confirmar com o clique no botão Configurar, todos os dados desta tela são armazenados no banco de dados do aplicativo e um pacote de bytes idêntico ao da Figura 2.7 é enviado ao módulo Datalogger para autoconfiguração. As informações adicionadas ao sistema podem ser visualizadas a parti da tela que mostrada na seção Figura 4.10 Tela de configuração e cadastro do SIMA_TRAFO. Fonte: Elaborado pelo autor.

61 Tela de Transferência A transferência de dados ocorre quando a opção Transferir da tela de conexão é selecionada. Na ocorrência deste evento o tablet envia ao módulo Datalogger um pacote de dados, mediante protocolo ModBus, solicitando o descarregamento da memória EEPROM. Durante o processo de recebimento dos pacotes de bytes, a barra de progresso da tela é atualizada e uma notificação Transferência Bluetooth em Andamento impede o usuário de executar ações indevidas como encerrar a aplicação e selecionar botões sendo, portanto, um recurso importante para a boa execução do aplicativo. Figura 4.11 Tela de transferência bluetooth. Fonte: Elaborado pelo autor.

62 Tela de Notificação Finalizada a transferência de dados, a tela de notificação é executada. Esta tela, Figura 4.12, informa o número de bytes e pacotes transferidos além do tempo gasto na transferência. Além disto, nesta tela são realizadas, em segundo plano, o tratamento, a validação dos pacotes e o armazenamento das leituras no banco de dados. Figura 4.12 Tela de notificação. Fonte: Elaborado pelo autor. Conforme a Figura 4.12, a tela contém os botões Sair e Visualizar Dados. Este leva o aplicativo a abrir a tela de gráfico enquanto o botão Sair direciona o aplicativo para sua tela inicial. Vale ressaltar que enquanto as atividades em segundo plano estiverem em andamento, nenhum dos botões estará habilitado e, portanto, nenhuma transição de tela ocorrerá.

63 Tela de Gráficos É nesta tela que o usuário visualiza as leituras armazenadas no banco de dados. Inicialmente o usuário deve selecionar o ID do transformador para que os campos de seleção do dia, mês e ano fiquem habilitados. É possível notar pela Figura 4.13 que existe um campo indicando o intervalo, em dias, de dados disponíveis para o transformador selecionado. Portanto ao selecionar uma data não haverá o risco de não contém dados disponíveis para a formação das curvas. Figura 4.13 Campo de seleção do transformador. Fonte: Elaborado pelo autor Selecionado o transformador o usuário tem a total liberdade de selecionar as grandezas (corrente de fase, temperatura do óleo ou ambiente, carregamento) aquisicionadas, visualizar individualmente, ou em conjunto, sem prejuízo na qualidade gráfica ou perda no processamento da aplicação. Nesta versão do aplicativo, os dados visualizados estão sempre dispostos na faixa de 24 horas. Assim caso o dia selecionado contenha apenas algumas horas, os dados deste dia serão também plotados nessa faixa. Selecionada as grandezas desejadas o gráfico é gerado após o clique no botão plotar. As Figuras 4.14, 4.15 e 4.16 ilustram as leituras aquisicionadas no dia 23/11/13. A partir destas leituras foi feita uma avaliação para determinar se a temperatura estimada do ponto quente do transformador está afetando a vida útil do equipamento. Caso a temperatura estimada esteja próxima ou superior aos limites estabelecidos na Tabela 2.3, o transformador

64 63 está operando de forma inadequada, o que acarreta uma redução no tempo de vida do equipamento. Destaca-se que a perda de vida útil é um processo acumulativo, uma vez que o equipamento foi posto a operar de forma danosa (elevado carregamento e refrigeração insuficiente) nunca mais ele será regenerado. Figura 4.14 Correntes medidas no ensaio. Fonte: Elaborado pelo autor. Figura 4.15 Temperaturas medidas no ensaio. Fonte: Elaborado pelo autor.

65 64 Figura Carregamento elétrico no ensaio. Fonte: Elaborado pelo autor. A tela mostrada na Figura 4.16, Carregamento elétrico no ensaio, serve como suporte à seleção do dia para o diagnóstico da vida útil do transformador, pois analisada as curvas de temperatura e correntes de fase, o usuário deve adotar o dia no qual a carga térmica e elétrica foi mais elevada para estimar a vida útil do equipamento. Para as condições simuladas no ensaio a perda de vida é bastante elevada, pois o carregamento médio obtido foi 25% superior ao nominal e a temperatura estimada no ponto quente foi crescente e superior aos limites estabelecidos pela NBR No apêndice D contém um diagrama de blocos com o procedimento do cálculo da temperatura no ponto quente.

66 Tela de Transformadores Cadastrados Esta tela mostra a lista de transformadores cadastrados no SIMA_TRAFO. Assim, a partir desta tela, é possível ter acesso às informações elétricas (potência e corrente nominais) do equipamento, bem como o local de instalação. Figura Tela de transformadores cadastrados. Fonte: Elaborado pelo autor O trafo 1 é a identificação adotada para o banco de resistência utilizado para a documentação do teste apresentado neste capítulo, enquanto o trafo 2 representa a identificação da placa de teste utilizada no desenvolvimento do aplicativo.

67 Encerrando o Aplicativo O procedimento de fechamento do aplicativo ocorre com a seleção do menu sair encontrado na tela principal. Esta é a única forma de encerrar a aplicação, todos os demais botões nomeados Voltar encontrados ao longo das demais telas tem a função de migrar para esta tela. Figura Fechamento do aplicativo SIMA_TRAFO. Fonte: Elaborado pelo autor. 4.4 Conclusões Parciais Neste capítulo o fluxo de execução do SIMA_TRAFO pôde ser descrito e observado através da apresentação das telas. A plataforma Android oferece acesso a uma ampla gama de bibliotecas e ferramentas para suprir as exigências das mais interativas e elaboradas aplicações. Para a elaboração desta versão do SIMA_TRAFO foram utilizadas bibliotecas voltadas para operações com banco de dados (adição, remoção e consulta), comunicação bluetooth, conversão de números na base hexadecimal para a decimal, operações matemáticas envolvendo as operações básicas (adição, subtração, multiplicação e divisão) e exponenciais, manipulação de dados em lista e otimização do layout das telas. Também foi necessária a importação da biblioteca GraphView para tornar a elaboração da tela de gráficos mais dinâmica e simples.

68 67 O funcionamento do sistema proposto mediante a interação entre o módulo Datalogger e tablet envolve basicamente as etapas de aquisição e transferência de dados, comunicação entre as partes via pilha bluetooth, persistência de dados, visualização dos dados obtidos e validados através de gráficos e por fim o diagnóstico da vida útil do transformador monitorado. Todas as etapas descritas ocorreram sem problemas e os resultados obtidos foram considerados satisfatórios.

69 68 5. CONCLUSÃO 5.1 Contribuições Considerando o desenvolvimento do aplicativo SIMA_TRAFO, executado no Sistema Operacional Android, tendo como referência o trabalho exposto em Anjos (2010), as contribuições estão relacionadas com a compactação das principais funcionalidades dos módulos Mobile e Desktop em único hardware, no caso um tablet. As funcionalidades pertinentes à comunicação bluetooth, persistência das informações em banco de dados, configuração e cadastramento do módulo de medição, visualização gráfica dos dados e diagnóstico foram inseridas no escopo do aplicativo. Através das referidas contribuições, torna-se possível o aceleramento do acesso aos dados de operação dos transformadores monitorados pelo módulo Datalogger, consistindo em relevante avanço quando se considera a utilização de uma tecnologia mais recente, a redução do número de módulos necessários para a avaliação técnica do equipamento monitorado e a crescente necessidade da expansão de sistemas de monitoramento e diagnóstico de equipamentos básicos para o sistema elétrico. 5.2 Discussões Gerais e Conclusões Com referência nos resultados obtidos e apresentados no Capítulo 4 deste trabalho, sobre a execução do aplicativo proposto, mediante as interações com o módulo de medição, verificou-se que os resultados dos testes foram satisfatórios, visto que a aplicação operou de forma coerente em todas as etapas documentadas, além de ter sido testada em várias situações ao longo do desenvolvimento deste trabalho monográfico. Entretanto percebe-se que há uma diferença significativa entre as leituras dos sensores de corrente. Podese creditar isso à fase de calibração e testes que o módulo Datalogger foi submetido, pois o aplicativo não realiza nenhum tratamento matemático nos dados exibidos. Com base nos sistemas de avaliação já existentes, devemos está cientes que haverá uma redução na capacidade processamento, já que não é possível embarcar em dispositivos portáteis todos os recursos de hardware disponível para sistemas desktop. Portanto, esta característica deve ser considerada durante o processo de desenvolvimento de aplicações para dispositivos móveis em geral.

70 Sugestões para Trabalhos Futuros O sistema proposto se encontra em sua primeira versão e ainda continua em processo de finalização. Dentre as melhorias viáveis, ao contexto de aplicações voltadas para dispositivos móveis, destaque-se a utilização dos recursos de layout disponibilizados pelo Android, como temas mais atuais e componentes gráficos mais interativos, e adição de mais funcionalidades técnicas para monitoramento de transformadores. Tratando-se de alguns aspectos que foram identificados e considerados interessantes durante o estudo, mas que, por limitações de tempo e de recursos, não foram realizados e inseridos neste trabalho, seguem abaixo algumas possíveis implementações que viabilizam a continuação e complementação deste trabalho. a) Criação de relatórios gráficos com resultados da avaliação técnica: finalizada a análise gráfica da massa de dados do transformador, é necessário criar um arquivo pdf com a descrição dos resultados; b) Desenvolver funcionalidade voltada para publicação dos resultados em banco de dados na internet: esta ideia consiste em, finalizado o processo de elaboração do relatório gráfico, transmitir o laudo técnico a um da empresa contratante do serviço; c) Expandir a análise gráfica a partir da seleção da data hora inicial e final: ao invés de fazer a análise com base nas 24 horas de um dia, pode ser mais interessante analisar ao longo de dois ou mais dias consecutivos. d) Implantar redes neurais artificiais para levantamento do modelo térmico do equipamento: a estimação da vida útil do transformador tem sido feita com base no levantamento dos parâmetros térmico do equipamento através das medidas de corrente e temperatura dos enrolamentos.

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74 P 2 B N C G N D P 4 B N C G N D P 6 B N C G N D P 8 B N C G N D APÊNDICE A ESQUEMÁTICO DO CONDICIONADOR DE SINAIS R 4 01R 61R 2 0 K 2R 2 0 K 2 0 K G N D 2 0 K C 1 R K R K G N D G N D C 9 R 8 Figura A.1 - Esquemático do circuito condicionador de sinais para correntes K 71C 41R 1R K K R K G N D n F 52C 02R K R 3 3 K sv n F n F sv+ sv n F sv A1U NC480LT 1 4 B1U NC480LT C1U NC480LT D1U NC480LT C n F 21C G N D n F 02C n F 82C n F Fonte: Elaborado pelo autor. R 6 1 M G N D G N D n F 21R 1 M 81R 1 M G N D 42R 1 M G N D C 5 G N D G N D G N D 31C n F 12C n F 92C n F C u F U DA C niv C C c f 1 0 u F 81C U DA 1 0 u F U DA C niv C C niv C 62C c f c f C u F 1 0 u F U DA C niv C C u F c f 1C 1 0 u F 91C 61C C O M O U T 1 0 u F 1 0 u F 42C 1 0 u F 72C vac sv+ 1 0 u F 23C C O M O U T vac vac sv+ C O M sv+ O U T 1 0 u F C O M vac sv+ O U T G N D G N D C n F G N D G N D G N D G N D n F G N D n F G N D 41C 2C sv+ G N D G N D G N D n F 03C G N D sv+ sv+ G N D R 3 C n F G N D G N D sv n F n F G N D 51C 32C R 9 51R 1 K n F 13C 12R 1 K 1 K 1 K R K 2 3 R K 31R 3 3 K R 3 3 K A4U NC480LT 1 4 B4U NC480LT C4U NC480LT D4U NC480LT P 1 3 redaeh P 3 3 redaeh P 5 3 redaeh P 7 3 redaeh G N D sv+ sv- sv- sv- svsv+ sv- sv- sv- svsv+ sv- sv- sv- svsv+ sv- sv- sv- svsv+ sv J 1 2_ENROB J 2 2_ENROB J 5 3_ENROB J 3 2_ENROB J 4 2_ENROB

75 74 APÊNDICE B O AMBIENTE DE DESENVOLVIMENTO ECLIPSE B.1 Considerações Iniciais O Eclipse é a Integrated Development Environment (IDE) mais comumente usada para desenvolvimento em Java, no entanto, por meio de plugins, ele pode ser usado para desenvolver aplicações em várias linguagens, como C/C++, Python, PHP e inclusive para a plataforma Android. Para utilizar o Eclipse em desenvolvimento Java é necessário instalar o Java Development Kit (JDK). Este é um ambiente de desenvolvimento para construir aplicações, applets, e componentes usando a linguagem de orientação a objeto Java. O download do JDK é gratuito e disponível no site da Oracle. O pacote do Eclipse não é um instalador, e sim um arquivo compactado, tanto em Windows quanto no Linux. Ao ser descompactado cria um diretório denominado eclipse, onde todos os arquivos da ferramenta são copiados. Finalizada a extração dos arquivos, para executar o IDE, basta chamar o arquivo eclipse.exe (Windows) ou eclipse.sh (Linux). Utilizando o plugin Android Development Tools (ADT) é possível executar o emulador do Android diretamente do Eclipse, usufruindo de recursos como debug, visualizador de mensagens, gerenciador de memória, arquivos dentre outras funcionalidades (LECHETA, 2010). Caso o desenvolver prefira emular no próprio dispositivo móvel, o Eclipse também oferece essa opção. Para isso basta conectar o dispositivo na porta USB do computador/notebook e habilitá-lo no modo depuração. Este modo é encontrado em Configurações / Opções do Desenvolvedor/Depuração USB. Realizado estes procedimentos, o ADT reconhece o dispositivo como disponível para emulação. B.2 Configurações O Software Development Kit (SDK) é o kit de desenvolvimento utilizado para desenvolver aplicações em Android. Este kit fornece as bibliotecas da API e ferramentas de desenvolvimento necessárias para construir, testar e depurar aplicativos para o Android.

76 75 Figura B.1- Requisitos operacionais necessários para execução do SDK. Fonte: Adaptado de (Android, 2013). A página da plataforma na internet oferece além dos links para download, toda documentação para desenvolvimento de aplicações, serviços e componentes. Há também dicas para aperfeiçoar os aplicativos e códigos demonstrativos de uso das API. Portanto, para montar o ambiente padrão de desenvolvimento é necessária a instalação dos seguintes itens: - Eclipse (disponível em - Android SDK ( disponível em developer.android.com/sdk); - Plugin ADT ( disponível em developer.android.com/sdk/eclipse-adt.html). Finalizada a instalação e configuração do ambiente de desenvolvimento, estamos com a ferramenta pronta para iniciar o desenvolvimento de um projeto. As figuras B.2 e B.3 ilustram o caminho para a criação de um projeto Android na IDE Eclipse. Figura B.2 - Janela de criação do projeto. Fonte: Elaborada pelo autor.

77 76 O passo seguinte consiste em nomear a aplicação, o pacote do projeto e por fim escolher a versão do Android a ser utilizada. O nome da aplicação é a string de identificação do aplicativo, pacote do projeto é o conjunto de pastas que compõem a estrutura de um aplicativo e a versão o conjunto de API s disponíveis para desenvolvimento. Figura B.3 - Janela de configuração do projeto. Fonte: Elaborada pelo autor. É importante o desenvolvedor conhecer ou ter uma prévia noção das funcionalidades disponíveis da versão escolhida. Isso se faz necessário porque alguns componentes gráficos e recursos nativos do Android só estão disponíveis a partir de determinada API. O componente limitante é a versão Android instalada no dispositivo onde será instalada a aplicação.

78 77 B.3 Organização Depois de criado o projeto um conjunto de pastas com arquivos e extensões bem definidas ficam disponíveis para o desenvolvedor iniciar a elaboração das rotinas. Na figura abaixo temos representada a disposição das pastas. Figura B.4 Exemplo do pacote do projeto TFC_1. Fonte: Elaborada pelo autor. B.3.1 Pasta Source A pasta src, abreviatura de source, contém os arquivos-fonte Java da aplicação. É recomendada a criação de subpastas dentro desta pasta a fim de separar a classes de funcionalidades das classes representativa de telas. Para o caso particular deste trabalho foram criadas três subpastas. Nas duas primeiras (controle.gerenciadores e modelo.bd.entidades)

79 78 estão contidas classes de funcionalidades e a última (visual.telas) é destinada para as classes que estendam interfaces pré-definidas pelo camada framework. B.3.2 Pasta GEN A pasta gen (Generated Java Files) contém as classes R e BuildConfig, ambas geradas e atualizadas automaticamente pela ADT. Não podemos em hipótese nenhuma editar estas classes. A classe R gerada conterá a estrutura do layout para que seja referenciada no projeto. As telas e cada componente gráfico adicionado ao projeto são devidamente identificadas pelo SO a partir de um código hexadecimal gerado no momento da instancia. Este código de identificação deve ser usado para associar os objetos gráficos instanciados nas classes que herdam Activity ao componente gráfico presente na tela. Portanto, esta classe funciona como link de conexão entre o Java e o XML. B.3.3 Arquivo AndroidManifest.xml O arquivo AndroidManifest.xml apresenta as notificações e declarações do aplicativo. Na figura B.5 são mostradas as tags que compõem o arquivo. As marcações em marrom destacam as telas da aplicação. Cada tela contém obrigatoriamente os campos nome, label e opcionalmente uma disposição padrão. O nome notifica qual classe Java é responsável por gerenciar a tela. A label é o texto que aparece no canto superior da tela e a orientação informa ao SO como dispor a tela da aplicação no dispositivo, deitado (landscape) ou em pé (portrait). O padrão é a tela se autoajustar ao campo de visão do usuário, ou seja, está sujeita sofrer rotações. Apenas na tag da tela de abertura deve está declarado a intent-filter. Essa tag indica ao SO qual das telas da aplicação deve surgi quando esta for iniciada. A marcação de vermelho destaca as permissões do aplicativo. Todas as permissões adicionadas serão apresentadas ao usuário no momento da instalação do aplicativo, a fim de alertá-lo de todos os recursos que o aplicativo utiliza. (Lecheta, 2010). A figura B.5 mostra que a aplicação contém a funcionalidade de abrir em algum momento de execução a comunicação bluetooth e notifica ao usuário, no momento da instalação, esta necessidade.

80 79 Figura B.5 - Exemplo de arquivo AndroidManifest.xlm. Fonte: Elaborado pelo autor. Por fim, a tag manifest contém a localização do pacote da aplicação dentro do diretório da IDE e a tag uses-sdk informa a versão do kit do desenvolvimento que está sendo usada e indiretamente a versão Android da aplicação. Entre outras atribuições, no AndroidManifest ficam declaradas: (i) o pacote Java para a aplicação, (ii) a versão do Android e do projeto, (iii) os componentes da aplicação e classes implementadas. Estas declarações permitem ao SO Android reconhecer os componentes e as condições lançamento deles, (iv) os processos que irão sediar os

81 80 componentes do aplicativo, (v) as permissões do aplicativo, (vi) declaração da API mínima requisitada pela aplicação. B.3.4 A pasta de recursos Na pasta de recursos (res) estão contidas as imagens, ícones, constantes e recursos de layout usados na aplicação. Dentro desta pasta contém três diretórios, cada um deles com uma finalidade. Na subpasta drawable ficam todas as imagens desejáveis no aplicativo quaisquer arquivos JPEG, PNG, ou bitmaps. Na subpasta layout contém os arquivos XML das telas da aplicação. Quando um programa é executado, o SO Android aplica as regras contidas nestes arquivos para desenhar o layout da telas, tornado visível os componentes e suas características gráficas. Na subpasta value são salvos os arquivos XML que contém pares de chave-valor referenciados na aplicação. A ideia é que sejam arquivos contendo a definição de cores, dimensões e variáveis estáticas.

82 81 APÊNDICE C PLATAFORMA DE DESENVOLVIMENTO ANDROID A plataforma Android é de código aberto, assim pode livremente ser ampliada para incorporar novas tecnologias na medida em que elas venham a surgir. Oferece acesso à uma ampla gama de bibliotecas e ferramentas para construir interativas e elaboradas aplicações. Figura C.1 - Plataforma do sistema operacional Android. Fonte: Adaptada de (Android, 2013). A arquitetura é composta por quatro camadas, como visto na Figura C.1. Abaixo está listada uma breve descrição das mesmas. a) Camada de Aplicações: Ocupa o topo da pirâmide da arquitetura do sistema operacional. É composta pelo conjunto de aplicações nativas do sistema: browser, calendário, despertador, internet, jogos, mapas e outras. b) Camada de framework: Disponibiliza aos desenvolvedores o acesso às APIs (Applications Programming Interface) utilizadas para a criação de aplicações originais do sistema operacional Android. Esta camada permite ao desenvolvedor o mesmo nível de acesso ao sistema que aplicações nativas possuem, abstrai a complexidade e simplifica a reutilização de procedimentos.

83 82 c) Bibliotecas: As bibliotecas fornecem as funcionalidades para trabalhar com áudio, vídeo, gráficos, banco de dados e browser. Novas bibliotecas podem ser importadas e adicionadas ao projeto, conferindo caminho para a elaboração de aplicações cada vez mais complexas. Aqui também estão os serviços usados em camadas superiores, como máquina virtual Java Dalvik. d) Kernel Linux: A camada do kernel é baseada no sistema operacional Linux versão 2.6. É responsável pela abstração entre o hardware e software s e pelos serviços principais do sistema operacional Android, como o gerenciamento da memória e de processos. (LECHETA, 2010). Embora as aplicações para Android sejam escritas utilizando a linguagem Java e todos os seus recursos pertinentes à linguagem de programação orientada a objetos, elas não são executadas pela JVM e sim em outra, a chamada Dalvik. Os bytescodes 13 gerados após a compilação do código em Java são convertidos para o formato. dex (Dalvik Executable), que representa a aplicação do Android compilada. Depois disso, o.dex e outros recursos como imagens são compactados em um único arquivo com a extensão.apk. Este arquivo é o veículo de distribuição para os usuários instalarem a aplicação em seus dispositivos (LECHETA, 2010). 13 Formato de código intermediário entre o código fonte, o texto que o programador consegue manipular, e o código de máquina, que o computador consegue executar.

84 83 APÊNDICE D ESTIMAÇÃO DA TEMPERATURA DO PONTO QUENTE D.1 Diagrama de Blocos Bloco 1 Banco de Dados do Sistema Bloco 2 Filtro de Dados Atributo: Bloco 1; Retorno: carregamento em pu e temperatura ambiente; Bloco 3 Modelo Térmico do Líquido Refrigerante Atributos: relação de perdas entre ferro e cobre; constante térmica do líquido refrigerante, fator de arrefecimento do líquido refrigerante, classe do transformador (55 C ou 65 C) e elevação da temperatura do topo do óleo em relação ambiente com transformador operando em carga nominal. Retorno: modelo térmico do líquido refrigerante; Bloco 4 Estimação da Temperatura do Topo do Óleo Atributos: blocos 2, 3 e taxa, em horas, de amostragem dos dados. Retorno: temperatura, em graus, do topo do óleo; Bloco 5 Estimação da Temperatura do Ponto Quente Atributos: blocos 3 e 4. Retorno: temperatura, em graus, do topo do ponto quente; Bloco 6 Tempo de Vida Útil do Transformador Atributos: bloco 5 e classe do transformador. Retorno: previsão da vida útil, em anos, do transformador. Valores adotados no aplicativo: Relação perdas entre ferro e cobre = 5; Constante térmica do líquido refrigerante = 3; Fator de arrefecimento do líquido refrigerante = 0.8; Classe do transformador = 65 C, constante A = e B = ; Período de amostragem = 10 minutos;

85 84 Figura D.1 Diagrama do método de estimação da temperatura no ponto quente. Fonte: Elaborado pelo autor. D.2 Resultados obtidos Perda de vida diária (%) = Vida útil (anos) =