TOMADA INTELIGENTE PARA CONTROLE DE CONSUMO NO MODO STANDBY: AVALIAÇÃO DO CONSUMO DO MODO STANDBY EM APARELHOS DE AMBIENTE DE TRABALHO

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1 TOMADA INTELIGENTE PARA CONTROLE DE CONSUMO NO MODO STANDBY: AVALIAÇÃO DO CONSUMO DO MODO STANDBY EM APARELHOS DE AMBIENTE DE TRABALHO Anna Izabella Mendes Paiva 1 Fábia Cristina Souza Santiago 2 Larissa Manaces Souto 3 Miguel Americano de Faria Neto 4 Pablo Roberto Julião da S. Moreira 5 Tatiana Azevedo dos Santos 6 Resumo: Com a crescente demanda por recursos que efetivem a eficiência energética em qualquer nível de aplicação, o desperdício gerado pela tecnologia standby (modo de espera que facilita o religamento e economiza energia elétrica de aparelhos e equipamentos em momentos que não estão sendo efetivamente utilizados, mas permanecem ligados) apesar de considerado um baixo percentual do valor total consumido, é um valor representativo em custos em qualquer setor. Como forma de contribuir para evitar este consumo e promover o desenvolvimento sustentável, este trabalho tem como escopo a contribuição no segundo setor, especificamente no serviço de escritório, através do desenvolvimento de um protótipo de tomada automatizada que reduza o consumo no modo de espera, que seja acessível e de baixo custo. As estimativas de consumo no modo standby foram obtidas através de medidas feitas em aparelhos instalados em três diferentes escritórios de Belo Horizonte. O modelo de tomada desenvolvido é do tipo mestreescrava, no qual um aparelho mestre controla todos os outros. A partir do momento que a mestre for desligada as escravas param de funcionar devido ao corte da corrente para elas, reduzindo-se assim o número de aparelhos no modo standby. Um sensor de presença orienta o dispositivo de controle da tomada quando não há pessoas no ambiente e isso é um critério de corte da energia de standby. O dispositivo desenvolvido possui alto potencial de ser transformado em produto já que existe escassez de soluções mitigadoras do consumo em standby no mercado brasileiro. Foram aplicados conceitos de design de produto e desenvolvido um modelo digital da tomada com circuito eletrônico miniaturizado e um design que permite agregar diversas tomadas escravas o que foi denominado de design lego. Entretanto é reconhecido que o tema necessita ser trabalhado com a população de modo a criar consciência da expressividade dos gastos com a indústria do standby e do potencial de economia resultado de medidas assertivas de eficiência energética. A solução proposta não é dispendiosa e pode representar uma redução considerável do 1 Graduanda em Engenharia de Produção. IBMEC/BH ( annaizabella.m@gmail.com) 2 Graduanda em Engenharia de Produção. IBMEC/BH ( fabiacssantiago@gmail.com) 3 Graduanda em Engenharia de Produção. IBMEC/BH ( larissamsouto@hotmail.com) 4 Graduando em Engenharia de Produção. IBMEC/BH ( miguelfariant@gmail.com) 5 Professor Assistente, Escola de Engenharias, IBMEC/BH ( pmoreira2@ibmec.edu.br) 6 Graduanda em Engenharia de Produção. IBMEC/BH ( tatianaazs94@gmail.com)

2 consumo de energia, uma vez que há tendência da incorporação do modo standby nos equipamentos existentes e sob desenvolvimento, alterando o atual cenário em benefício de todos. Palavras-chave: Standby. tomada mestre-escrava. eficiência energética. Sustentabilidade. combate ao desperdício. 2

3 1 INTRODUÇÃO Os aparelhos eletrônicos e eletrodomésticos, utilizados pelo mundo todo, apresentam uma função de repouso, um modo de descanso conhecido como standby. Quando o equipamento se encontra nesse modo, ele não está desligado, contudo seu consumo de energia é baixo, mas isso não faz com que seja insignificante. Nesse modo o aparelho aguarda um comando para que sua função principal seja exercida. Em um estudo feito para Economic and Social Commission for Ásia and Pacific Mohanty (2001) mostrou que o consumo no modo standby em prédios de escritório na Tailândia em 1996 chegava a 53% para computadores pessoais e acima de 90% para copiadoras, impressoras e máquinas de fax. O número de aparelhos que utilizam o modo standby cresceu muito na última década e nenhum deles atualmente possui uma tecla que realmente desligue a alimentação de energia. Aparelhos comumente encontrados em escritórios como secretarias eletrônicas, computadores, impressoras e máquinas de copiar contribuem para as perdas de energia em modo standby, que são relativamente pequenas (da ordem 1 W a 25 W) (MEIER, 1999). Embora a energia consumida pelos equipamentos neste modo seja muito baixa, a utilização em larga escala, de diversos aparelhos, quando se considera o montante de um país inteiro o consumo pode chegar a 15 GW. Mesmo quando se considera apenas uma grande cidade o consumo pode chegar a valores consideráveis devido à grande quantidade de aparelhos que existem em uma residência média, gerando custos elevados. De acordo com uma pesquisa realizada pela CCK Automação (2014), o consumo de energia no modo standby no país, está em torno de 5% do consumo total anual do Brasil. Não é uma quantia muito alta, porém não é desprezível ao bolso do consumidor devido à atual conjuntura do cenário econômico no país. O consumo de energia no modo standby representa, aproximadamente, 11% do consumo residencial europeu, segundo Di Santo (2013) e com tendência de crescimento, especialmente com a disseminação da internet da coisas (do inglês Internet Of Things) nos eletrodomésticos (Dantas, 2014), inclusive linha branca, que serão controlados por dispositivos eletrônicos e comunicarão em rede (Rodrigues, 2010). 3

4 Com o objetivo de avaliar o consumo em standby, foram analisados escritórios, ambientes de trabalho com múltiplos aparelhos ligados ao mesmo tempo. Após esta análise, com a avaliação da energia gasta, será proposto um método para diminuir ao máximo esse desperdício utilizando um sistema automatizado baseado em uma tomada mestre-escravo. 2 METODOLOGIA 2.1 CONSUMO NO MODO STANDBY A primeira parte deste trabalho consistiu em determinar o consumo médio no modo standby em um escritório. Para que nossa pesquisa não ficasse limitada a uma única amostra, ela foi feita em três escritórios diferentes na cidade de Belo Horizonte. Para se determinar o consumo dos aparelhos eletrônicos no modo standby, foram realizadas medidas em três escritórios. Os dados coletados nos deram uma amostra das diferenças que podem ocorrer neste tipo de consumo, dependo dos aparelhos e do seu tempo ocioso (tempo em que permanecem no modo de espera). A escolha dos equipamentos no escritório partiu da premissa de estarem no modo standby, ou seja, no modo espera. As medidas foram feitas utilizando-se um multímetro modelo GC 9250 ajustado para leitura de corrente alternada e uma tomada adaptada (figura 1) para determinação da corrente demandada pelo equipamento no modo standby. Os resultados obtidos encontram-se na tabela 1. Fonte: Os autores Figura 1: Multímetro com a tomada adaptada. 4

5 Tabela 1: Consumo dos aparelhos eletroeletrônicos em 3 diferentes escritórios de Belo Horizonte. Os índices 1, 2 e 3 referem-se aos escritórios em que se localizam os aparelhos analisados. Eletrodomésticos Marca/ Modelo P (W) Quantidade não uso Consumo em standby Custo (R$/mês) mensal (horas) p/eletrodoméstico (kwh/mês) Monitor 1 HP 2, ,8961 0,4929 Monitor 1 DELL 2, ,1361 0,6249 Monitor 1 Lenovo 2, ,1468 0,6307 Monitor 2 Samsung 2, ,2192 0,6706 Monitor 2 Samsung 2, ,2192 0,6706 Monitor 3 Samsung 2, ,2192 0,6706 Monitor 3 Samsung 2, ,2192 0,6706 Impressora 1 Ricoh 1, ,6096 0,3353 Impressora 2 EPSON 1, ,6096 0,3353 Stylus Impressora 2 EPSON 1, ,6096 0,3353 LX300 Impressora 2 LaserJet 1, ,6096 0,3353 Total 11 aparelhos 10,4943 R$5,7718 Fonte: Os autores. Os valores listados na tabela 1 foram obtidos seguindo os procedimentos descritos a seguir: 1. Mediu-se a corrente do equipamento em ampère. 2. Com os dados medidos da corrente, e considerando-se a tensão da rede como 127 V foi calculada a potência do equipamento. P = VI (1) Em que P é a potência em watts (W), V é a tensão em volts (V) e I a corrente em ampère (A) 5

6 3. Para o cálculo do consumo em standby, foi considerado o tempo médio em horas que o equipamento permanece em standby. Esta estimativa foi feita através da quantidade média de horas trabalhadas nos escritórios. Nesse sentido, a quantidade de não uso do equipamento são as 24 horas que compõem um dia diminuídas das horas trabalhadas. Logo após, calculou-se a média de horas em que o equipamento permanece em standby mensalmente. O consumo total mensal em kwh (quilo watt hora) foi calculado usando-se a equação (2): E = P t 1000 (2) Em que E é o consumo de mensal de energia do modo standby em kwh, P é potência em watts e Δt é o tempo em horas ao longo de um mês de trinta dias. 4. Com o consumo calculado, o próximo passo foi calcular o custo mensal dos equipamentos que permanecem em standby nos escritórios. E para isso, utilizouse a seguinte fórmula: C = E Valor (3) O valor do consumo foi definido a partir de uma média dos valores de tarifas e serviços de acordo com a CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais). Portanto, considerou-se o valor da tarifa de R$0,55 (CEMIG, 2016). 2.2 RESULTADOS: SISTEMA DE CONTROLE DA TOMADA INTELIGENTE A tomada inteligente ou tomada mestre-escrava, tem como objetivo ligar a mestre em um aparelho que quando for desligado, as outras tomadas "escravas" desligarão automaticamente, ou seja, uma sendo desligada, as outras também serão. A tomada proposta é composta por dois Relés eletromagnéticos, um Sensor de Corrente de 20 A e um Sensor de Movimento, todos ligados em uma placa Arduino UNO R3. Todo o sistema é controlado por um código desenvolvido na linguagem nativa do Arduino. 6

7 O sistema funciona seguindo os passos descritos a seguir: 1. Se o sensor de movimento detecta uma presença no ambiente, ele arma o relé 1 que libera corrente para a tomada mestre, ativando o modo stanby dela. 2. Durante um certo intervalo de tempo, determinado pelo usuário, após o acionamento do modo standby nesta tomada o sensor de corrente testa se o aparelho conectado à tomada mestre foi ligado ou não. Este teste é feito pela diferença entre o valor da corrente do aparelho ligado e no modo standby. 3. Caso a corrente no sensor fique maior ou igual ao valor da corrente para o aparelho mestre ligado, é armado um segundo relé que ativa o modo standby dos aparelhos conectados às outras tomadas; caso contrário o sistema é desligado. Um esquema do circuito e sua montagem na placa protoboard são mostrados nas figuras 2 e 3. Fonte: Os autores. Figura 2: Simulação computacional do projeto 7

8 Tomada mestre Sensor de movimento ooo Tomadas escravas Relé tomada mestre Relé tomadas escravas Controlador arduino Sensor de corrente Fonte: Os autores. Figura 3: Circuito montado com especificação. O modelo final da tomada a ser produzido utilizaria um circuito miniaturizado com o mesmo princípio de funcionamento. Esse circuito ficaria instalado em uma tomada do tipo lego no qual seriam acopladas as tomadas escravas (Figuras 4). Fonte: Os autores Figura 4: Tomada mestre (esquerda); módulos escravos (centro) e sistema completo (direita). 8

9 3 CONCLUSÃO A partir do estudo realizado foi visto que, embora o gasto unitário por aparelho no modo standby seja relativamente baixo, quando se leva em conta os inúmeros aparelhos existentes em um escritório, o montante total se torna alto, atingindo valores significativos ao final de um ano. Sendo assim, torna-se extremamente importante o estudo de soluções para este problema, devido ao atual cenário em que o país se encontra. Neste cenário, além de taxas tarifárias altas, a produção de energia também se encontra em uma situação delicada. É importante ressaltar que a solução apresentada, além de diminuir o consumo energético dos aparelhos gerado pelo modo standby, consequentemente reduzindo os seus gastos, proporciona também uma certa comodidade ao consumidor, porque não é necessário que se retire o eletroeletrônico da tomada quando não estiver sendo utilizado. 9

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CCK AUTOMAÇÃO (2014) Disponível em Acesso em 22/05/2016. CEMIG, (2016). Disponível em res_de_tarifa_e_servicos.aspx. Acessado em 16/05/2016. DI SANTO, Katia Gregio. Avaliação da implantação de tecnologias de percepção de uso no ambiente residencial: uma proposta de metodologia. Dissertação de Mestrado. Universidade de São Paulo, MEIER, A. 1999, Standby Power A quiet use of energy, CADDET Energy Efficiency Newsletter, n. 4. MOHNTY, B. (2001). Standby Power Losses in Household Electrical Appliances and Office Equipment. Regional Symposium on Energy Efficiency Standards and Labelling; May RODRIGUES, Jean Ronir Ferraz. Avaliação da utilização do modo standby em eletrodomésticos e de propostas de soluções mitigadoras para redução do seu consumo energético. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Paraná, DANTAS, Bruno Farias. Estimativa do impacto no consumo de energia causado pelo standby dos aparelhos eletroeletrônicos. Dissertação de Mestrado. PUC-Rio,