Apêndice 03 - Documentação de Eletrônica/Energia
Neste apêndice, você encontrará a documentação detalhada dos componentes eletrônicos e do sistema de energia relacionados ao projeto "Aquamático". Isso inclui especificações técnicas, diagramas de circuito, conexões elétricas, fontes de energia utilizadas e outros aspectos relevantes para garantir o funcionamento adequado do sistema de automação do aquário.
Projeto de Energia
Objetivos
Para o contexto de Engenharia de Energia, restou tão somente o objetivo de planejar, esquematizar e executar o suprimento elétrico aos componentes instalados no aquário. Buscamos aliar uma alimentação on-grid e offgrid, para garantir um sistema ininterrupto no caso de indisponibilidade da rede, o que prejudicaria a sazonalidade na obtenção de dados qualitativos do aquário e a atuação do sistema de alimentação. Assim, convencionamos utilizar uma fonte de 12V comum para alimentar a bateria e alguns componentes que exigem Corrente Alternada, e associamos a bateria a um inversor CC/CA como uma alternativa nobreak. Finalmente, para os sensores CA, a ligação parte diretamente da bateria.
Levantamento de Carga
Para determinar a carga total de funcionamento dos sistemas do aquário, fizemos um levantamento estimando o consumo total de todas as cargas, em um período de 24h, observando as características de cada equipamento, como segue na tabela abaixo:
Tabela 15 – Levantamento de Carga 1. Fonte: Autoria Propria.
| Equipamento | Modelo | Quantidade (Unid.) | Tensão (V) | Corrente (A) | Potência (W) | CC ou CA |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Luminária LED | Mini LED clip | 1 | 110/220 | 0,0227 | 5 | CA |
| Sensor de Temperatura Arduino | Ds18b20 | 1 | 3 - 5,5 | 0,0015 | 0,0045 - 0,00825 | CC |
| Módulo Sensor de pH Sonda | Ph4502c | 1 | 5 +- 0.2 | 0,005-0,010 | 0,5 | CC |
| Mini bomba d’água submersa | jt100 | 2 | 3 - 5 | 1,4 | 4,2 - 7 | CC |
| Bomba oxigenação | xt-300 | 1 | 110/220 | 0,0227 | 5 | CA |
| Sensor de Nível de Água | Sensor Boia para ARDUINO | 1 | 100 | 0,5 | 50 | CC |
| Motor de Passo | 28byj-48 | 1 | 12 | 0,5 | 4,4 | CC |
| ESP 32 | - | 1 | 4,5 - 12 | 0,08 | 0,32 - 0,96 | CC |
| Arduino UNO | - | 1 | 7 - 12 | 0,04 - 0,05 | 0,165 - 0,200 | CC |
| Filtro SUMP | Hf-200 | 1 | 220 | 0,0175 | 3,5 | CA |
Para os componentes listados acima, consideramos períodos diferentes de funcionamento durante o dia. Os itens listados como “sensores”, a bomba XT-300, a ESP32, o Arduino e o sistema de filtragem SUMP ficarão ligados integralmente, de forma ininterrupta. Para os demais equipamentos, estimamos um período específico de funcionamento durante o dia:
- Luminária LED: 4h por dia;
- Bomba jt100: sob demanda;
- Motor de passo: 4 vezes ao dia, com tempo médio de 6s por ativação.
Tabela 16 – Levantamento de Carga 2. Fonte: Autoria Propria.
| Equipamento | Quantidade (Unid.) | Tensão (V) | Corrente (A) | Tempo de Uso (h) | Potência (Wh) |
|---|---|---|---|---|---|
| Luminária LED | 1 | 220 | 0,0227 | 4 | 19,97 |
| Sensor de Temperatura Arduino | 1 | 3 - 5,5 | 0,0015 | 24 | 0,0198 |
| Sensor de pH | 1 | 5 | 0,005-0,010 | 24 | 0,6 |
| Sensor de Nível de Água | 1 | 100 | 0,5 | 24 | 1200 |
| Bomba jt100 | 2 | 3 - 5 | 1,4 | 0,7 | 5 |
| Bomba xt300 | 1 | 220 | 0,0227 | 24 | 119,85 |
| Motor de Passo | 1 | 12 | 0,5 | 0,0278 | 0,1668 |
| ESP 32 | 1 | 4,5 - 12 | 0,08 | 24 | 86,4 |
| Arduino UNO | 1 | 7 - 12 | 0,04 | 24 | 6,72 |
| Filtro SUMP | 1 | 220 | 0,0175 | 24 | 92,4 |
TOTAL = (CORRENTE * TEMPO DE USO)+35% = 21,81 Ah
Segundo a Tabela, o consumo total do aquário é de 1531,21 Wh, avaliando o período diário e o perfeito funcionamento de todos os sistemas. A única variável sob demanda é o sistema de bombeamento que utiliza o modelo “jt100”, por isso, para ter uma referência, fixamos o uso de 42 minutos combinando as duas unidades: a que pretende injetar água no reservatório principal, e a que faz o caminho oposto. Para uma referência de custo, utilizando o valor do kWh em Brasília em período de bandeira tarifária verde como R$0,61, podemos afirmar que o consumo diário é de 0,93 reais, o que resulta em 28,02 reais no final do mês. Avaliando apenas a apresentação do projeto no dia solicitado, estimamos a atuação dos sistemas do Aquamático por apenas 3 horas, ou seja, 191,40 Wh.
Dimensionamento baterias
No sistema conectado à rede, os dispositivos serão conectados em paralelo por meio de uma fonte à rede elétrica padrão do Distrito Federal, operando a uma tensão de 220V. No entanto, é fundamental realizar o dimensionamento preciso das baterias como back-up de energia, para garantir que o sistema permaneça operacional continuamente, sem comprometer o ecossistema. Isso inclui equipamentos como filtro, bomba e sensor de pH, indispensáveis para manter a vida aquática. Além disso, assegura ao Aquamático uma resposta rápida em caso de quedas de energia.
Com base na corrente total necessária e no tempo de autonomia desejado, determinamos a capacidade de energia (geralmente medida em Ampere-hora) que a bateria precisa fornecer. A corrente dos equipamentos é multiplicada pela duração do tempo de autonomia, conforme tabela acima. Isso é calculado com uma margem de segurança de 35% para possíveis perdas em cabos, baterias e componentes eletrônicos de mínimo consumo. Assim, se obteve o valor de 21,81 Ah.
O tipo da bateria escolhida foi do tipo estacionária, pois as baterias estacionárias são um complemento de energia para garantir mais autonomia a nobreaks. Isso permite que sistemas, como controle de acesso e servidores, possam permanecer funcionando e sendo protegidos por mais tempo. A bateria que irá suprir o sistema é uma de 30Ah com saída de 12V como mostra a figura abaixo.
Figura 35 – Bateria Estacionária de 30Ah e 12V. Fonte: Amazon.
A fonte para o carregador da bateria será uma comum de 12V com adaptações como terminais para se conectar na bateria.
Diagrama Unifilar
O diagrama unifilar é uma representação simplificada de um sistema elétrico, geralmente usado em projeto de instalações elétricas para o melhor entendimento de configurações básicas como fios, cargas, disjuntores. O diagrama unifilar da figura a seguir tem o intuito de deixar o esquemático simplificado e objetivo sobre o sistema de alimentação do Aquamático.
Figura 36 – Diagrama Unifilar. Fonte: Autoria Propria.