PROJETO FINAL
Curso: “ENGENHARIA DE SISTEMAS DE ENERGIAS RENOVAVEIS”
ESER 2015
Titulo: “ HEIMA – OFF GRID ” -‐CASA AUTO-‐SUFICIENTE CONTROLADA-‐
Aluno: Francesco Campoli
N: 15460
Julho 2015
Orientador: Prof. Paulo Costa
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Índice AGRADECIMENTOS ............................................................................................................ 4 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 5 CAPÍTULO 1 -‐ ESTUDO DO PROJETO ............................................................................ 9 1.1 OFF-‐GRID, oque é? Funcionalidade e Gestão ....................................................... 9
1.2 Estudo Posição Geografica – Localização .......................................................... 11
1.3 Consumo Medio Ano e horario, Perfil de Carga, Analise Energética ........ 11
1.4 Determinação Irradiação Solar e Velocidade Média Vento ......................... 17
1.5 Dimensionamento Fotovoltaico e Eolico Autonomos para instalação
doméstica ................................................................................................................................... 19
1.6 Cálculo Fator Perdas ................................................................................................. 19
1.7 Estrutura Casa: Abordagem Minimalista para uma Bioarquitetura e
Bioconstrução ........................................................................................................................... 20
CAPÍTULO 2 -‐ PRODUÇÃO ENERGIA (ESTUDO TECNICO) .................................. 22 2.1 Sistema Hibrido MiniEolico/Fotovoltaico/H2 ................................................. 22
2.2 Escolha e Analise dos Componentes ................................................................... 24
2.3 Aquecimento/Arrefecimento Casa e AQS .......................................................... 40
CAPÍTULO 3 -‐ PRODUÇÃO ÁGUA ................................................................................ 46 3.1 “COMPLUVIUM DO MAR” ......................................................................................... 46
3.2 ÁGUA DE NEVOEIRO .................................................................................................. 58
CAPÍTULO 4 -‐ EFICIENCIA ENERGÉTICA, CLASSE ENERGÉTICA, LEIS AUTOCONSUMO. .............................................................................................................. 60 CAPÍTULO 5 -‐ CONTROLE CASA E ENERGIA (DOMOTICA) ................................. 63 5.1 Projeto Open/Hardware Source ........................................................................... 63
5.2 Controle Sistema Eletrico ....................................................................................... 65
5.3 FREEDOMOTIC ............................................................................................................ 80
5.4 OPEN ENERGY MONITOR ......................................................................................... 87
5.5 Controle em Remoto e Segurança ........................................................................ 92
CAPÍTULO 6 -‐ RECICLAGEM E REAPROVEITAMENTO DE ÁGUAS CINZAS ..... 96 6.1 Adubo ou Fertilizante .............................................................................................. 97
6.2 Biodiesel Caseiro ..................................................................................................... 102
6.3 Reaproveitamento das águas cinzas ................................................................. 103
CAPÍTULO 7 – CONCLUSÕES E MELHORIAS .......................................................... 108 7.1 Grafeno ........................................................................................................................ 109
7.2 Internet das Coisas -‐ Casa Jasmina ..................................................................... 112
7.3 Energias das Ondas ................................................................................................. 115
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CONCLUSÕES .................................................................... Error! Bookmark not defined. BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA .................................................................................. 119
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AGRADECIMENTOS Apraz-‐me reconhecer que todo este percurso não teria sido
possível sem a ajuda de várias pessoas.
Agradeço aos meus pais, a minha família, que junto com os
meus amigos e os meus professores, apoiaram e encorajaram
este meu projeto.
Com a minha “Energia Renovável” fui capaz de atribuir o
título de “Heima” a este meu projeto.
“O génio , em vez, olha com o intuito e cria sistemas
que conseguem “apanhar”
a enorme energia do planeta….”
N.Tesla
-‐Energia Livre-‐
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INTRODUÇÃO
O tema central do Projeto é a realização de uma casa autossuficiente, ou seja uma
casa que tem recursos satisfatórios ao conceito de bem-‐estar nesta época.
Avaliando em fundo a palavra “casa”, entendemos que os determinados
elementos para que isto seja possível são vários e de natura social.
No título está a palavra “HEIMA”, uma palavra que em islandês quer dizer: “Em
Casa”. E é mesmo sobre isto que se concentraram os estudos: “ A sensação de
sentir-‐nos em Casa”.
Hoje para obter esta sensação de habitat natural, sem falar do plano afetivo e
cultural, precisa apagar o mais possível preocupações que podem incomodar a
nossa serenidade e a nossa tranquilidade, bases necessárias para sentir-‐nos “Em
Casa”.
Já sei que nem todos temos a possibilidade de ter um terreno ou uma
moradia/casa fora do núcleo da cidade, mas para quem tem este primeiro nível
de independência foi pensado e realizado este projeto. Só porque para os
apartamentos ou condomínios seriam necessários outros procedimentos que por
agora não foram tratados.
Portanto uma vez encontrado o destinatario, posso explicar como pode ser
possível realizar uma “Casa fora da rede” (OFF GRID) e com rede entendem-‐se
todos os serviços públicos que alegoricamente chegam na forma de contas.
As varias etapas com quem devemos lidar são divididas em 7 capítulos que vão
explicar em pormenor como poder realizar uma casa autossuficiente em
qualquer ponto habitável da Terra, sem ter mais o problema em pagar
eletricidade, gás e água, tendo a disposição todas as varias tecnologias (High-‐
Tech) para o controle da própria casa e para o controle dos consumos e da
produção.
Cada pequeno problema foi avaliado ao fim de criar sistemas originais capazes
de fornecer a necessidade geral de uma casa padrão de uma família de 4 pessoas.
Estudando os consumos, os estilos de vida e as exigências.
Como primeira coisa foi tratado o discurso do consumo energético anual e diário
genérico de uma rede pública para substitui-‐lo com uma SMART-‐GRID a energias
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renováveis. Será o conceito de Energias Renováveis que faz-‐nos entender como
ser autónomos sobre a necessidade energética.
No caso específico, sempre como exemplo, aproveitando do Sistema de
Informação Geográfica (SIG), pensou – se em realizar a casa numa ilha no Distrito
de Latina, Palmarola. Ilha inabitada e com poucas estruturas instaladas.
Uma vez que temos obtidas as informações territoriais e climáticas, podemos
seguir com a realização da nossa “SMART-‐GRID”.
Pensou-‐se num sistema hibrido constituído de paneis fotovoltaicos, um
aerogerador minieólico, e pilhas de combustível (Hidrogénio) melhorado com
flywheels.
No Segundo capítulo avaliaremos na maneira mais técnica e da engenharia este
sistema.
O processo para obter as informações sobre a necessidade energética vê a
consultação de sites on-‐line para a estimativa da irradiância solar anua para os
paneis fotovoltaicos e para o cálculo da velocidade Média do vento anua para o
aerogerador minieólico.
Obtidas estas informações, sempre com a referência ao exemplo duma casa
padrão de 4 pessoas, podemos calcular o nosso Diagrama de Carga Energética
com base nas necessidades elétricas e térmicas da casa. O Diagrama de carga é
um gráfico sobre a variação da carga elétrica no tempo com a alternação de
solicitações/picos de eletricidade dependendo dos usuários. No especifico uma
curva de carga é um gráfico que indica a quantidade de energia elétrica que o
usuário usa em um tempo determinado.
Definido isso podemos “criar” o nosso sistema elétrico de energias renováveis
assegurando energia elétrica e térmica em cada momento do dia.
Garantir isso talvez é o problema principal das Energias Renováveis, mesmo
porque não podemos nunca ter eletricidade só do Vento e do Sol (únicas fontes
usadas neste projeto) tendo em conta dos valores climáticos. Por isso realizamos
um sistema a “FUELCELL”, desfrutando como combustível o Hidrogénio
produzido de um Eletrolisador, o qual armazená-‐o-‐ em garrafas/botijas que, em
caso de falta de energia, substituirão as fontes principais.
Vamos ver também como os picos de eletricidade serão geridos sem
preocupações de sobrecarga com uma nova técnica chamada: “FLYWHEELS”.
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Tudo completamente automatizado. Mas disso, como já dito, falaremos melhor
no Capítulo 2, onde explico cada componente do Sistema de Produção Energia.
Em seguida trataremos a análise do sistema de Aquecimento e Refrigeração da
habitação bem como a Produção de água quente sanitária (AQS). Para isso
usamos uma Bomba de calor geotérmica que desfruta como fonte de energia
renovável a geotermia a baixa entalpia, ligada a um piso radiante.
“Estabelecido” o discurso Energia e Aquecimento, veremos como classificar a
Casa em termos energéticos fazendo um estudo de eficiência energética ligada
também aos componentes e aparelhos elétricos e eletrónicos que formam o
equipamento da estrutura.
Também se parece absurdo, devemos referir-‐nos, depois de saber a quantidade
de energia produzida e a classe energética, as leis e aos decretos sobre Sistemas
Autónomos de Gestão Energia, Autoconsumo e competitividade energética. Mais
ou menos um controle no controle.
Para isso o nosso Sistema de DOMOTICA, ajudará a saber quanta energia entra e
quanta sai (consumida) na casa; permite-‐nos de ter o completo controle do
sistema de ligação e apagamento das luzes, dos alarmes da segurança da casa, o
controle e monitorização constante dos Sistemas de Energia, tudo também em
“remoto” com a ajuda da tecnologia OPEN/HARDWARE SOURCE.
O sistema de Domótica controlará também a “produção” de água potável vindo
de o Sistema: ”COMPLUVIUM DO MAR”, módulo que funcionará como
dessalinizador (só se perto do mar) e tanque para a recolha e reaproveitamento
da chuva. Em determinadas alturas com determinados climas, com captadores
específicos podemos também recolher água a partir do nevoeiro.
Muito importante é também o tema da estrutura da casa, que abrangerá temas
como a Arquitetura e construção Verde e minimalista, sujeitos a estudos de
eficiência e natureza.
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Ultimo tema no processo “vivo e biológico” da nossa casa é o reaproveitamento
dos resíduos, das águas cinzas e da reciclagem.
Com resíduos orgânicos podemos obter quantidade de Biogás com processos de
fermentação, e com filtros específicos podemos recuperar as águas cinzas dos
esgotos e reaproveitá-‐las para outras necessidades.
Enfim as conclusões onde falaremos de como um Sistema de mais Sistemas como
este pode ser melhorado em cada parte; com novos materiais podemos potenciar
as funcionalidades dos componentes (paneis, tijolos, etc.), novas tecnologias
mecatrónicas para uma gestão sempre mais sofisticada e tecnológica bem como
melhorias ergonómicas para sentir-‐nos sempre mais “EM CASA”.
Para esta parte da Estrutura e Arquitetura da Casa, agradeço muito o Arquiteto
Giampiero De Simone para o suporte e a disponibilidade mostrada em me
ajudar nesta fase do projeto.
Figura1-‐Estrutura Heima OffGrid-‐
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CAPÍTULO 1 -‐ ESTUDO DO PROJETO
1.1 OFF-‐GRID, oque é? Funcionalidade e Gestão
Temos visto que para ser autónomos para a necessidade de energia elétrica da
nossa casa e portanto não depender da Rede Pública, devemos criar um sistema
“OFF-‐GRID” (fora da rede).
Uma habitação OFFGRID consegue produzir e satisfazer em autonomia as
próprias cargas energéticas para energia elétrica e calor e gerindo o ciclo das
águas. É um organismo completamente isolado das redes tradicionais e ao
mesmo tempo a base para um sistema mais complexo.
-‐Gestão Energia Elétrica e Gás: A Energia é produzida de fontes renováveis
presentes no território onde será instalada a habitação. A melhor maneira, para
as suas características de produtibilidade energética e fácil armazenamento, para
produzir energia e gás é armazenar o Hidrogénio que será utilizado, depois de
ser produzido no Eletrolisador, em cogeradores FUELCELL ou a combustão
direita.
-‐Gestão Energia Térmica e AQS: O calor pode ser obtido graças a paneis solares a
tubos (Solar Térmico) ou como no nosso caso com uma bomba de calor a
inverter, que desfruta a geotermia para a produção do aquecimento e
arrefecimento e a produção de água quente sanitária (AQS).
-‐Gestão das Águas: As águas da chuva, são acumuladas em um tanque
dimensionado a segunda das condições climáticas. Este tanque junto com outros
tanques, formará o nosso “COMPLUVIUM DO MAR”, que alem da parte da
dessalinização, vai lidar com a potabilidade da água e da purificação,
aproveitando de vários filtros e um tratamento UV. As águas cinzas e pretas são
depuradas em uma banheira de fito depuração (autodepuração típica dos
ambientes aquáticos) para obter águas uteis a irrigação ou ao autoclismo do WC.
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Esta banheira comunica com um tanque situado for a da estrutura para motivos
de Higiene.
Também se a instalação da nossa habitação, onde se encontra um nível de
humidade que permite a formação de nevoeiro e nuvens baixas produzidas do
impacto contra um terreno ingreme, podemos instalar captadores que com as
próprias malhas recolhem as pequenas gotas de água que flutuam no ar;
fenómeno conhecido como “precipitação horizontal”.
-‐Gestão dos Resíduos: Os Resíduos orgânicos que chegam do lixo e dos esgotos,
podem ser tratados e divididos para a produção de fertilizante, biogás (por
fermentação) e Biodiesel.
-‐Conectividade e Telefonia: A conexão de dados de banda larga e voz para
telefonia, pode ser realizada através de uma ponte radio “point-‐to-‐point” com um
provider que nos permitirá de usufruir da conexão Internet.
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1.2 Estudo Posição Geográfica – Localização
Para começar a calcular a potência necessária para nossa casa, devemos em
primeiro lugar estudar onde vamos construi-‐la. Um estudo sobre a Localização
portanto permitirá – nos de conhecer os dados uteis para o uso das fontes
renováveis que irão a alimentar o nosso sistema. Escolhi para a realização da
casa uma ilha do Arquipélago Pontino, no mar Tirreno, com o nome de
PALMAROLA, mesmo porque desabitada e sem uma rede elétrica pública para o
abastecimento de luz, água e gás.
1.3 Consumo Medio Ano e horário, Perfil de
Carga, Analise Energética
Para os cálculos dos consumes, usei uma tabela de consumes/médios de uma casa com classe energética A (alto nível de eficiência dos aparelhos) para ter uma referência em KWh da energia que se gasta na casa.
Vista panorâmica e mapa da ilha de Palmarola
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TABELA CONSUMOS MEDIOS CASA CLASSE A
Iluminação LED 430 KWh/ano
Fogão elétrico 530 KWh/ano
Frigorifico 440 KWh/ano
Congelador 600 KWh/ano
Maquina lavar roupa 250 KWh/ano
Maquina secar roupa 370 KWh/ano
Maquina lavar louça 350 KWh/ano
TV,MuliMédia, PC 320 KWh/ano
D Aparelhos eletrónicos 660 KWh/ano
Bomba de calor Geotérmico 350 KWh/ano
Outras Fontes 300 KWh/ano
TOTAL 4600 KWh/ano
Portanto podemos ver que o consumo medio num ano numa habitação de 4
pessoas é de 4600 KWh. Devemos então garantir a nossa rede elétrica um
mínimo de 5000-‐5500 KWh/ano, valor superior ao cálculo para tomar contas
das perdas que teremos no sistema hibrido Eólico/Solar.
1.3.1 Potência dos Equipamentos
A monitorização dos consumos energéticos numa habitação tem como objetivo
fazer a avaliação destes mesmos consumos para se ter um conhecimento da sua
quantidade e hora do dia em que cada equipamento é consumidor de energia
elétrica. Os consumos obtidos em cada monitorização permitiram obter um
consumo diário que se pode estender para um consumo semanal e até mensal
dos equipamentos monitorizados. Numa fase posterior, estas
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Monitorizações em conjunto com o consumo obtido através duma base de dados
e através dum Software que vamos ver na parte da domótica, permitem fazer
previsões do consumo anual de todos os equipamentos.
Maquina Louça 1 1800 Maquina Roupa 1 1000 Micro-‐ondas 1 500 Portátil/PC 2 30 TV 1 70 Tostadeira 1 700 Sistema HI-‐FI 1 100 Sistema WI-‐FI 1 20 A próxima tabela faz um resumo da potência dos equipamentos consumidores de
energia elétrica.
1.3.2 Monitorização dos consumos energéticos
Vamos ver agora monitorização dos consumos energéticos na casa.
Estes valores de consume vem de atividades de rotina durante semanas, dias
típicos no interior de uma casa. Avaliaremos portanto casos típicos durante as
duas estações mais relevantes, Inverno e Verão. Vamos ver como em base a
estação as faixas horarias e os picos representam os consumos globais da hora
correspondente, tomando conta Também do apagar/desligar que acontece
normalmente durante as ações domesticas diárias.
Equipamento Quantidade Potência Média [W]
Fogão 1 1700
Aspirador 1 1800
Ferro de engomar 1 1800
Frigorifico 1 70
LFC-‐LED 20 18
Lâmpadas de halogéneo 10 10
Máquina de Café 1 800
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Para uma situação invernal é possível avaliar como os residentes começam as
atividades diárias na volta das 7:30 A.M. onde o consumo medio é cerca de
110Wh, ou seja com o frigorífico e outros aparelhos ligados (70Wh+40Wh), valor
repetido durante o dia varias vezes. Quando preparam-‐se para o pequeno-‐
almoço, as 8:00 A.M. usam-‐se aparelhos como micro-‐ondas, tostadeira que
mostram no gráfico seguinte o primeiro pico diário de 340 Wh.
As 11:00 A.M. vem usado o forno para o almoço que dá-‐nos o Segundo pico, e
para as 13:00 o terceiro para o uso novamente do micro-‐ondas. O quarto pico
representa a volta em casa depois a tarde onde se usam iluminação e
aquecimento. Enfim o ultimo pico por volta das 21h e as 22h onde se usam
juntamente aparelhos eletrónicos, iluminação e aquecimento.
Numa situação de verão podemos ver como um consumo fixo vai estar sempre
por volta dos 110 Wh. O consumo para a iluminação obviamente diminui para
ter um maior tempo de luz solar. Os picos demostram como no verão se usam
mais vezes o frigorífico, para as altas temperaturas.
Durante a noite só algum pico de iluminação pontual.
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Podemos determinar agora a energia diária respeitante ao consumo(Wh).
No Inverno:
Equipamentos Quantidade Horas Uso
por dia Potência (w) Energia diária
Luminárias
Cozinha 3 5 36 180
Luminárias Sala 3 3 18 54
Luminárias
Quartos 2 3 9 27
TV 1 4 70 280
Computador 2 5 30 150
Frigorifico 1 5 70 350
Micro-‐ondas 1 1 500 500
Maquina Roupa 1 2 1500 3000
Tostadeira 1 1 700 700
Wi-‐Fi 1 20 20 400
Fogão 1 2 1700 3400
TOTAL 4653 Wd=9041
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No Verão:
Equipamentos Quantidade Horas Uso
por dia Potência (w) Energia diária
Luminárias
Cozinha 3 2 36 72
Luminárias Sala 3 1 18 18
Luminárias
Quartos 2 2 9 18
TV 1 3 70 210
Computador 2 3 30 90
Frigorifico 1 7 70 490
Micro-‐ondas 1 1 500 500
1.3.3 Analise Energética
Numa análise padrão não é possível calcular os consumes certos para todos os dias da
semana, mas só o consume energético da habitação para todo o ano, mas sempre
aproximadamente. Veremos depois como o uso da Domótica para a parte da
Monitorização da Energia, ajudara-‐nos a ser mais exatos no cálculo do perfil de carga
horário e diário.
Maquina Roupa 1 2 1500 3000
Tostadeira 1 1 700 700
Wi-‐Fi 1 20 20 400
Fogão 1 1 1700 1700
TOTAL 4653 Wd=7198
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1.4 Determinação Irradiação Solar e Velocidade
Média Vento
Uma vez estabelecidos e identificado o ponto geográfico, no nosso caso
Palmarola, com o Consumo Medio e o Diagrama de Carga para a potência diária,
podemos desfrutar os site PVGIS para o solar e it.windfinder para o eólico, para
estabelecer quantos paneis e que tipo de aerogerador devemos instalar no nosso
sistema hibrido dividido em percentagem:
-‐60% Eólico
-‐40% Fotovoltaico
Velocidade Média Vento:
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Portanto temos uma velocidade Média disponível de 9,58 m/s e um irradiamento
anual em KWh de 1872,288. No próximo capítulo vemos os cálculos para fazer as
instalações.
1.5 Dimensionamento Fotovoltaico e Eólico
Autónomos para instalação doméstica O dimensionamento dos sistemas autónomos para instalações domésticas, pode ser feito sem o uso de software específicos, já que as variáveis de cálculo são poucas. Um conjunto de equações matemáticas simples nos permite de efetuar um dimensionamento mais ou menos preciso. Tomando conta dos cálculos anteriores para a quantidade de energia necessária
a garantir a alimentação diária de todos os aparelhos, estabelecemos a
Somatória:
Wd= !" ∗ !"!!!!
De onde Wd representa a energia total consumida diariamente, Pi a potência (W)
de um determinado aparelho e ti corresponde ao intervalo de tempo de
funcionamento.
Também para o dimensionamento devemos tomar conta do fator de perdas do
Sistema.
1.6 Cálculo Fator Perdas
A capacidade que um Sistema hibrido precisa de alimentar para as diversas
cargas, é sujeita a algumas perdas do próprio sistema. Entre estas, as mais
relevantes são aquelas que se referem as perdas dos cabos, no Inversor e no
Regulador de carga hibrido (Solar; Eólico):
-‐Perdas nos cabos = 3%
-‐Perdas no Regulador de carga e Inversor = 15%
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-‐-‐-‐-‐-‐à Rendimento (cabos): Kcabo = 0,97%
-‐-‐-‐-‐-‐à Rendimento (Regulador + Inversor): Kreg+inv = 0,85%
-‐-‐-‐-‐-‐à Rendimento Total: K = Kcabo*Kreg+inv = 0,83%
Alem destas perdas, estão outros fatores que interferem no cálculo do sistema,
eólico como fotovoltaico. Já que a velocidade Média do vento e o irradiamento
solar são muitos variáveis no longo do ano, precisamos identificar estes valores
para dimensionar melhor o nosso sistema hibrido.
1.7 Estrutura Casa: Abordagem Minimalista para
uma Bioarquitetura e Bioconstrução
Ultimo tema tratado é sobre a Bioarquitetura como abordagem cultural mirada
aos princípios ecológicos e aos princípios de um desenvolvimento sustentável. É
chamada Também Arquitetura sustentável mesmo porque como principio
pressupõe uma atitude ecologicamente correta no Ecossistema, com um uso
poupado dos recursos usados na Construção.
Objetivo principal é aquele de fazer interagir as atividades humanas nas condições
ambientais que já existem ao fim de melhorar a qualidade da vida atual e future.
Instaurar um relacionamento equilibrado entre o ambiente e a construção, ao fim
de olhar com sensibilidade as tradições e a paisagem a volta, favorecendo a eco
sustentabilidade e a biocompatibilidade.
Entre os vários elementos que compõem as realizações de um projeto
arquitetónico bioedil encontramos uma abordagem minimalista a qual concentra-‐
se no essencial das dimensões e Também para os aparelhos/elementos,
componentes da casa, aumentando a eficiência da Habitação. Ponto de ligação
portanto com a parte energética e a localização.
Na Bioconstrução vem usados materiais bioecologicos, com varias características
tipo o isolamento térmico ou o adequamento aos fenómenos climáticos, como a
madeira, a palha, derivados do cânhamo e colantes vegetais, principalmente a Km
zero (do sitio), que em alguns casos usam a “reciclagem” como fonte de produção.
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A bioarquitetura não é um simples somatório de tecnologias especificas ou
disciplinas verdes, mas representa mais uma visão holística da Arquitetura que
poe em comparação as realidades locais, ao fim de olhar com uma nova
sensibilidade a paisagem, a cultura, as tradições e privilegiar a eco-‐
sostentabilidade e a bio-‐compatibilidade.
“O todo é maior do que a simples soma das suas partes”
-‐ARISTOTELES-‐
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CAPÍTULO 2 -‐ PRODUÇÃO ENERGIA (ESTUDO TECNICO) Neste capítulo vemos como a partir dos cálculos sobre a necessidade energética,
dada do consume diário e do Diagrama de cargas, podemos começar a construir o
nosso Sistema Hibrido para a produção da Energia da nossa Casa.
Sabemos a potência diária (Wd) consumida e sabemos quantas energia temos a
disposição do Eólico e do Fotovoltaico. Portanto estabelecido que a produção total
será dividida em 60% eólico e 40% fotovoltaico, vamos dimensionar o sistema
todo tomando conta do excesso de produção e armazenamento da Energia.
Avaliaremos como o nível das baterias condicionará a nossa produção de
Hidrogénio (H2) o qual a sua vez será armazenado nas garrafas especiais para
depois ser usado no processo de combustão com uma pilha de combustível
(FUELCELL).
Todo com ajuda de um microcontrolador e uma FlyWheel.
Na parte das componentes veremos o modelo e a marca que satisfarão as nossas
necessidades de instalação.
2.1 Sistema Hibrido MiniEolico/Fotovoltaico/H2
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Para este Sistema Hibrido temos divididos a necessidade energética, como dito
anteriormente, em 60% eólico e 40% fotovoltaico.
De os cálculos para uma potência diária de 9100Wh, teremos 3640Wh para o
fotovoltaico e 5460Wh para o Eólico. Para o Sistema H2 vamos usar uma pilha de
combustível FuelCell de 5Kw PEM que irá usar o hidrogénio produzido de um
nosso eletrolisador e que irá garantir a energia necessária em caso de falta de
fontes renováveis por um dia inteiro.
Como podemos ver no esquema a energia “apanhada” das nossas fontes
renováveis (Vento e Sol) é transformada em energia elétrica para processos
químicos e mecânicos. Logo depois passa em um regulador de carga para manter
uma tensão constante (no nosso caso 48V) para entrar nas baterias sem
alterações ou picos que podem estraga-‐las. Assim temos uma corrente
continua(=) a 48V que precisa de ser transformada a sua vez em 220V(ou
Esquema do Sistema para Produção Energia
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230Volt medida mais certa) alias numa tensão comum para os nossos aparelhos
e os vários equipamentos elétricos e eletrónicos. Para a parte da iluminação para
já usamos sempre este tipo de circuito a 220V, mas vamos ver nas melhorias que
para uma questão de poupança energética podemos Também distinguir a parte
da iluminação e deixa-‐la isolada e a corrente continua a 5V.
Para esta transformação precisamos dum Inversor que muda a nossa corrente
em alterna (~) a 50Hz.
A seguir do Inversor temos a parte mais importante que liga o sistema de
produção Energia com o nosso microcontrolador “UDOO” o qual será o gerente
da energia que vai entrar na casa controlando os excessos e os níveis das
baterias.
Em prática quando as baterias ficam num nível aceitável para alimentar a casa,
toda a energia em excesso vai para um eletrolisador o qual começará o processo
de eletrolise para a produção de Hidrogénio que será armazenado em garrafas
especiais usadas no processo de combustão da Pilha de combustível-‐ FuelCell.
A pilha de combustível Também será ligada ao microcontrolador Udoo para
enviar no Caso 1 a energia direitamente na Casa, ou no Caso 2 nas baterias/Lítio
e continuar o processo anterior.
Estes tipos de trabalhos vamos ver na parte da Domótica como se realizam
graças ao uso dos Relés.
2.2 Escolha e Analise dos Componentes Vamos agora ver como se faz para escolher os componentes para o nosso sistema de energia. O funcionamento e para que serve cada um deles.
2.2.1 A Energia Solar e o efeito Fotovoltaico
O efeito fotovoltaico baseia-‐se na captação da luz solar por equipamentos
adequados e que expostos a luz produzem uma corrente elétrica.
-‐As radiações Solares: a radiação solar é a energia proveniente da luz e do calor
produzido naturalmente pelos raios solares.
Os painéis fotovoltaicos são constituídos por um conjunto de pequenos
componentes designados por células, que reagem a luz originando o
aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos quando a absorve ou
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é por ela atingida. As células são normalmente de silício que é o segundo
elemento químico mais presente no nosso planeta, constituindo cerca de 25,7%
do peso da Terra. É sem dúvida o material mais utilizam na composição destas
células dada a particularidade e propriedade que detém na sua capacidade de
junção e obtenção de energia elétrica é adequadamente preparada a sua
composição. O silício possui uma margem de valência totalmente preenchida por
eletrões e outra margem de condução sem eletrões. A separação destas duas
bandas uma de condução e outra de não condução quando influenciadas pela luz
podem excitar os eletrões da banda de valência de não condução para a banda de
condução.
É neste princípio que se baseia a produção de energia das células que compõem
os painéis fotovoltaicos. São os fotões com uma faixa de luz visível, ainda com
pouca energia, mas suficiente, que fazem com que haja agitação e que os eletrões
de banda de valência passem para a banda de condução.
É de salientar que atualmente os painéis fotovoltaicos só apresentam uma
eficiência em termos de rendimento que se cifra entre os 16% e os 18%, valores
estes que muito brevemente serão ultrapassados se as pressões económicas e
politicas forem favoráveis.
A junção dos módulos, que devem ser do mesmo tipo, pode ser efetuada em:
-‐Serie
-‐Paralelo
-‐Mista
Desta forma, obtem-‐se vários valores de tensão ou corrente, permitindo uma maior versatilidade de utilização da energia produzida pelo painel.
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Uma das características mais importantes dos módulos fotovoltaicos é o seu
comportamento perante a temperatura a que funcionam e que varia conforme o
seu tipo. Estes valore, de acordo com a evolução dos tipos de módulos que
começam a aparecer no mercado, são cada vez mais diversificados, pelo que é
fundamental que a obtenção destes dados seja analisada com o representante na
altura da aquisição do equipamento.
Na prática podemos considerar aproximadamente, as áreas por KW pico (kWp)
para cada tipo de módulo formado por células.
Tipo de Módulo com células de: Área necessária (!!/kWp)
Silício Monocristalino 7-‐9 !!
Silício Policristalino 8-‐11 !!
Disseleneto de Cobre-‐Indio-‐CIS 11-‐13 !!
Cadmio-‐Telurio 14-‐18 !!
Silício Amorfo 16-‐20 !!
A utilização do tipo de módulos dependera sempre do espaço disponível.
-‐ASSOCIAÇÃO DE MÓDULOS
Serie: Esta associação permite, como se pode verificar, obter maiores tensoes,
mantendo a corrente estipulada do módulo.
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Os diodos de bypass são colocados para evitar que uma avaria num conjunto de
celulas ou até num módulo bloqueie o sistema.
UT = U1+U2+...Un = nxU ; IT=I1=I2=....=In
Paralelo: Esta associação permite obter maiores correntes, mantendo a tensão
estipulada do modúlo.
UT = U1 =U2 =... =Un ; IT = I1 + I2 + I3 + ...+ In.= n x I
Mista: Esta associação permite obter as características das duas associações já
descritas e utiliza-‐se quando há necessidade de maiores valores de corrente e de
tensão.
-‐Determinação da potência dos painéis fotovoltaicos (Ppv)
Ppv = !"!! ! !!
= !"#$!,!"!!,!!
= 1522,76 Wp
onde Wd é a nossa energia diária(Wh/dia)
Ppv = Potência do painel Solar
K1 = Perdas do sistema
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K2 = fator de radiação local em Dezembro (mês pior)
Temos escolhido módulos fotovoltaicos, no site Kyocera, de 200Wp(WattPico)
com as seguintes características:
Vamos optar pela montagem de 4 fileiras de 2 módulos em serie.
2.2.2 Aerogerador (MiniEolico)
A energia eólica é a energia produzida por aerogeradores ou, mais propriamente,
por turbinas eólicas movidas pelo vento. Embora os aerogeradores equipados
com turbinas eólicas e geradores de grandes dimensões sejam montados em
-‐Potência Nominal 200 Wp -‐VMPP , 36V (tensão em carga) -‐IMPP 10,00 A(Corrente em Carga) -‐Un 24V (tensão nominal) -‐A quantidade de módulos é dada por: !"##,!"!"!"" !"
= 8 Módulos
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terra e no oceano, já se desenvolveram equipamentos de pequena dimensão, que
ocupam pouco espaço e que estão a ser montados no topo das habitações ou,
mesmo, no jardim.
As exigências europeias é que o nível de ruido para velocidades de
7 m/s seja de 98db e que a distancia de 200m baixe para 45db.
Em residências privadas, admitem-‐se 45db, mas a distancia deve ser, no mínimo,
de 300m entre a torre e a habitação.
Os movimentos de massas de ar são provocados pelo ar que sobe, dando lugar á
ocupação do mesmo espaço por ar frio. Assim, Também as massas de ar quente
terão uma densidade mais baixa. Mas a medida que arrefecem, vão aumentando
a sua densidade. Sendo assim e se dispusermos de um pá com determinada
configuração, esta, devido a uma força de ação aerodinamica, pode-‐se traduzir
numa expressão de potência em Watt:
P =!!x !"!!
P= potência em Watt
!=densidade do ar( 1,255 kg/!!
A=Área batida na pá da turbina
!!=velocidade Média do vento m/s
-‐Fundamentos Aerodinamicos simples: definido como compoente horizontal da circulaçao de ar, a força do vento está relacionada com o cálculo de energia atraves de uma formula muito simples, que nos da o valor da energia cinetica: E = !
! x m!!
m = massa do ar V = velocidade vento em metros/segundos E = energia em joules
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Traduz-‐se assim uma transformação da energia cinética do vento em potência
mecânica ue se aplica ao veio da turbina. A expressão anterior vai trasformar-‐se
em outra mais precisa, se tivermos em conta, principalmente, as perdas da
resistencia aerodinamica das pás, outras que dizem respeito á própria turbina e
que, na realidade, tem a ver com os diversos modelos comerciais de
aerogeradores que estão disponiveis no mercado. A formula então alterar-‐se
para:
P =!!x !"!!CP
Em que o CP é o coeficiente de potência que está estabelecido num limite entre
0,35 a 0,5 para a produção de energia electrica.
Outro modo de relacionar a potência do gerador eolico com a energia do vento
que faz movimentar o rotor é o que se denomina por rendimento aerodinamico e
se obtem pela expressão mais simples:
! =!"#$%&'( !" !"#$%"#!&$#
!"#$!"#$ !" !"#$%
O rendimento aerodinamico Também está dependente do numero de pás.
Existem gráficos que traduzem esses rendimentos e que podem ser fornecidos
pelos fabricantes.
O nosso aerogerador deve ser capaz de alimentar a instalação com o consumo
total de 5460 W, mais as perdas destes equipamentos, que se estimam em cerca
de 10%.
-‐Cálculo da potência electrica do aerogerador:
P= 5460Wh/dia x 10% = 546 W
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-‐Cálculo da potência teorica com 9m/s de velocidade Média em Palmarola:
P = !! x ! x !! x !!
onde o Diametro será:
D= !!!"#!,!"!"!!,!"#!!!
= 2,17 m
Portanto vamos escolher um aerogerador com um diametro de 2 metros e com
uma potência elétrica de minimo 550W.
2.2.3 Regulador de Carga e Dimensionamento
Baterias de acumuladores Este equipamento é imprenscidivel para controlar a carga e descarga das
baterias de acumuladores interrompendo-‐lhe o circuito. O controlo é efectuado
pela analise da tensão.
Existem reguladores Serie e Paralelo. Quando actuam, os interruptores
electronicos de controlo ficam, respectivamente em serie ou paralelo com o
gerador Fotovoltaico e o gerador Eolico. Estes reguladores tem porem um
incoveniente com o fotovoltaico ou seja não faze o aproveitamento minimo da
energia que o painel esta a fornecer.
O Regulador mais adequado a utilizar neste tipo de instalação hibrida será o
MPP(Regulador de funcionamento a Maxima Potência), pois, dadas as suas
caracteristicas, tem um sistema de controle que mantem a tensão sempre acima
do valor necessario ao carregamento da bateria. Em associação a este Regulador
deve estar sempre ligado um conversor DC/DC, que tem a finalidade de regular a
tensão e a pesquisa para o ponto maximo de Potência.
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No nosso sistema, depois de ter calculado o número de baterias que irão
acumular a energia, podemos escolher o Regulador.
Portanto num consumo de potência diaria de 9100Wh com baterias a 48V vamos
ter a expressão:
Wah = !"!! = !"##
!" = 189,58 Ah
Para um dia de reserva de carga, com uma profundidade de descarga maxima
(Kd) de 0,60 e uma eficiencia (Kbat(%)) = 0,65 podemos calcular o
dimensionamento do acumulador-‐conjunto de baterias para o apoio ao sistema.
Cbat(Ah)= !"!!"#!"#!$%&(%)
= !"#,!"!!!,!"!!,!"
= 486,103 Ah
Vamos necessitar de uma bateria com cerca de 500 Ah.
Devemos adquirir portanto 3 baterias de 200Ah com uma voltagem de 48V em
paralelo para garantir energia nos dias sem vento e sem sol.
A escolha do Regulador de carga MPP (regulador de maxima potência) deve estar
previsto para uma corrente maxima em corrente contínua.
baterías de fosfato litio de 48V 200AH LFP para o sistema solar/eolico híbrido
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Para este tipo de baterias com os Inputs do Eolico e do Fotovoltaico iguais, temos
escolhido um regulador de 40A.
2.2.4 Inversor Para escolha deste equipamento temos de calcular a potência maxima
simultanea que terá de alimentar. A soma da potência dos equipamentos cujo o
factor de utilização vamos considerar igual a 1 será:
-‐P = 4653 W (Potência Total Equipamentos) = 4,7 kW
-‐U =24-‐48/230V
Precisamos de um Inversor de 5 Kw
REGULADOR DE CARGA HIBRIDO MPP -‐ 40A
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2.2.5 Produçao Hidrogenio com eletrolisador para pilha de
combustível (FuelCell) PEM (membrana protonica)
O HIDROGÉNIO COMO FONTE COMBUSTÍVEL
Tendo em conta o decréscimo dos combustíveis fósseis a nível mundial e a
poluição que está inerente à sua utilização, é necessário encontrar uma
alternativa viável para produção de energia. Mas porquê o hidrogénio?
O hidrogénio é o elemento mais simples e mais abundante do Universo e o
terceiro elemento mais abundante no planeta Terra. Note-‐se que o hidrogénio
não é uma fonte de energia primária, mas sim um vetor energético -‐ um portador
de energia. A grande vantagem do hidrogénio como vetor energético é a
eficiência com que se consegue transformar a energia por ele contida noutra
forma de energia, por exemplo em eletricidade. Por curiosidade, a energia
contida num kg de hidrogénio é três vezes maior do que a energia contida num
kg de gasolina. Para além disso, produzir este elemento é possível através de
processos eficazes como eletrólise da água ou por reforma de álcool e
5kw 48V Home Solar off Grid Inverter
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35
hidrocarbonetos (metanol, etanol, metano, gás natural e outros).
Em suma, são estas características que fazem com que o hidrogénio possa surgir
como o combustível do futuro.
Eletrólise da água
A eletrólise é um processo electroquímico, descoberto pelo físico e químico
Michael Faraday, e ocorre quando é aplicada uma tensão a um par de eléctrodos
inertes imersos numa solução condutora. A aplicação desta tensão provoca o
aparecimento de uma diferença de potêncial entre os elétrodos, e a ocorrência de
reacções de oxidação-‐redução. No caso particular da eletrólise da água pura,
antes de tudo, é necessário adicionar-‐ lhe alguma substância, uma vez que, a
água pura não é condutora de eletricidade -‐ condição essencial para que ocorra a
sua eletrólise.
Na eletrólise da água o que acontece é que a passagem da corrente elétrica
provoca a quebra da ligação química existente entre os átomos constituintes da
água: o hidrogénio e o oxigénio e, como tal, formam-‐se partículas carregadas, os
iões.
O hidrogénio é atraído para o cátodo, pólo negativo, e o oxigénio para o ânodo,
pólo positivo.
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A energia utilizada para realização desta reação pode ser variada, desde energia
hidroelétrica, até eólica ou mesmo solar.
A quebra da ligação entre os átomos é, geralmente, efetuada com voltagem 1,24V
em água pura a uma temperatura de 25 graus celsius e uma pressão de 1,03
kg/cm2.
Contudo, esta tensão pode variar Médiante a alteração da temperatura e da
pressão. Assim, para eletrolisar uma mole de água são necessários 65,3 watts-‐
hora e um metro cúbico de hidrogénio requer 0,14 kilowatts/hora.
Eletrolisadores: Nos anos 70, a eletrólise era vista como um dos processos mais
ineficazes e caros de produção de hidrogénio. Contudo, os eletrolisadores atuais
são muito mais eficientes, podendo atingir valores máximos na ordem dos 90%.
Existem dois tipos principais de eletrolisadores: os Alcalinos e os PEM (Proton
Exchange Membrane). Estes tipos de eletrolisadores possuem já uma vasta
utilização em aplicações existentes no mercado, sendo que possuem a tecnologia
mais desenvolvida e estudada.
Os eletrolisadores alcalinos utilizam uma solução aquosa de hidróxido de
potássio (KOH) como electrólito. Este tipo de eletrolisadores é adequado para
aplicações estacionárias e estão disponíveis para pressões reduzidas de
funcionamento.
O eletrolisador PEM, ao contrário dos alcalinos não requer um eletrólito líquido,
o que simplifica o seu funcionamento. O seu eletrólito é uma membrana
polimérica ácida. Estes eletrolisadores podem ser criados para pressões
operacionais até várias centenas de bar, sendo adequado tanto para aplicações
móveis como estacionárias.
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37
2.2.6 Pilha Combustível Hidrogenio (FUELCELL) e Garafas para o
armazenamento Depois de saber como se produz o Hidrogenio no processo de Eletrolise,
devemos escolher a nossa pilha de combustiel que transformará o Hidrogenio
em corrente elétrica, buscando-‐o nas garafas especiais.
A capacidade da nossa pilha será igual a potência maxima simultanea, a mesma
do nosso Inversor. No site Ballard.com encontramos a nossa Pilha a Hidrogenio
de 5Kw.
-‐Armazenamento em garafas especiais Sistemas de armazenamento de gás em alta pressão são os mais comuns e
desenvolvidos para armazenamento de hidrogênio. Nas seções cilíndricas, o
formato parece com domos hemisféricos, embora novos formatos estejam em
desenvolvimento, aumentando a quantidade de hidrogênio armazenado, seja por
aumento de volume, ou por maior compressão.
Buscando minimizar o volume e ao mesmo tempo maximizar a quantidade de
hidrogênio armazenado, os fabricantes de cilindros estão tentando atingir as
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maiores pressões possíveis. Cilindros de alta pressão normalmente armazenam
hidrogênio com pressão de 3.600 psi (250 bar) embora novos desenhos já
tenham conseguido certificação para operar com 5000 psi (350 bar). O estado da
arte da tecnologia atualmente em desenvolvimento já superou o teste padrão de
explosão para 23.500 psi (1620 bar) utilizando um cilindro de 10.000 psi (700
bar). Os cilindros devem ser feitos com placas finas, utilizando materiais
altamente resistentes e de excelente durabilidade. Estão classificados
basicamente em 4 tipos de acordo com o material utilizado.
Tipo 1: Podem ser feitos totalmente de alumínio ou aço;
Tipo 2: Camada fina de alumínio ou aço envolto por outro composto –
geralmente fibras de carbono -‐ em forma de circunferência;
Tipo 3: Fina camada de aço ou alumínio envolto totalmente por outros
compostos como fibras de carbono;
Tipo 4: Uma camada de plástico resistente envolto por outro composto
também resistente.
Em geral, quanto menos metal for usado, mais leve será o cilindro. Por esta
razão, os cilindros com fina camada de aço ou alumínio e com alta resistência, tal
como o Tipo 3, são mais usados para aplicações com hidrogênio. Os cilindros do
Tipo 4 ganharão mais espaço no futuro.Os cilindros do Tipo 3 utilizam finas
camadas de aço ou alumínio intercaladas e envoltas por fibras de carbono,
utilizando resinas como o epóxy para colá-‐las.A combinação de fibras e resina
para envolver as camadas metálicas possibilita uma alta resistência, e
diferentemente dos metais, são menos corrosivos, embora possam sofrer
danificações devido a impactos, cortes, abrasão, etc.Um detalhe importante é
com relação à temperatura em ambientes quentes, ou devido ao resultado de
compressão durante o abastecimento do cilindro, o que faz com que a pressão
aumente em 10% ou mais. Qualquer gás armazenado nestas pressões é
extremamente perigoso e capaz de liberar um fluxo de gás com força explosiva
ou capaz de impulsionar um pequeno objeto na velocidade de uma bala.Apesar
do perigo em potêncial, os cilindros de alta pressão têm uma estatística de
segurança excelente.Durante a fabricação, cada cilindro passa por testes de
hidrostática e vazamentos, e uma determinada quantidade de cilindros de cada
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39
lote são selecionados aleatoriamente para testes cíclicos e de explosão. Os
cilindros carregam informações como a marca do fabricante, o padrão de
construção, número serial, pressão para uso, máxima pressão de abastecimento,
e tempo de validade. Os cilindros têm uma vida útil de aproximadamente 15 anos
ou 11.250 abastecimentos. Mas deve-‐se sempre fazer inspeções e testes de
vazamentos como parte de uma rotina de manutenção. Quanto maior a
pressão final, maior a quantidade de energia que é requerida. Entretanto, a
energia incrementada cada vez que se aumenta a pressão final diminui. Assim, o
início da compressão é a parte do processo que mais faz uso de energia.
2.2.7 Flywheel "Bateria Electromecânica" Outra maneira de armazenar a nossa energia pode ser aquela no uso do
Flywheel, uma bateria electromecânica.
O princípio de funcionamento é muito simples: trata-‐se de colocar basicamente
uma roda ("volante") a girar em situações em que não esteja sujeita a qualquer
força de atrito ou a qualquer outra ação exterior. É uma forma extremamente
simples de armazenar energia mecânica. Facilmente se converte energia
mecânica em energia eléctrica e vice-‐versa, utilizando um simples motor
eléctrico (ou gerador). A "Flywheel" tem a particularidade de manter o seu movimento por muito tempo, e daí a sua grande importância. Tem, por
conseguinte, a particularidade de "Conservar a Sua Energia".
No nosso sistema portanto podemos usar uma Flywheel como substituto em
caso de falta de energia nas baterias e pouco Hidrogenio nas garrafas. Como ter
um gerador sempre a funcionar que permite-‐nos Também de alimentar a casa
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
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com menos componentes de installaçao, e poupando no custo final do projeto.
Já que ainda está em fase de desenvolvimento vai ser dificil dimensionar um
sistema com uma Flywheel, ou seja cálculos das perdas, dimensoes, etc.., e
portanto vamos pôr esta parte Também nas melhorias da nossa Casa.
2.3 Aquecimento/Arrefecimento Casa e AQS
Depois de saber como vai ser o nosso sistema de produção de energia electrica,
chegamos na parte do aquecimento/ arrefecimento e da água quente
sanitária(AQS) da casa.
Há muitas formas de tratar este assunto, como por exemplo o solar térmico que
desfruta a energia solar para o processo de Aq/Arref e AQS, mas a nossa atenção
concentra-‐se no uso da Geotermia a baixa Entalpia.
Vamos portanto entender como realizar este Sistema na Nossa Casa.
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
41
2.3.1 Sistema Geotérmico A energia geotérmica usa a temperatura constante que o térreno têm todo o ano
para aquecer edifícios. No inverno, o calor armazenado no solo é movido no
interior do edifício e no Verão, o processo é invertido, o edifício calor é
transferido para o solo. Esta troca de calor ocorre através da bomba de calor
geotérmica e trocador de calor enterrados.
Para este processo devemos usar uma bomba de calor ligada a um sistema
térmico da casa que no nosso caso vai ser um Piso Radiante.
Primeira coisa será calcular a necessidade de aquecimento, de arrefecimento e
de AQS.
Para a estação de aquecimento, o regulamento define que o comportamento
térmico é determinado pelo seguinte conjunto de perdas e ganhos:
· Perdas de calor por condução através da envolvente do edifício Estas
perdas derivam da diferença da temperatura interior e exterior e são
consideradas como
envolvente as paredes, cobertura, pavimento e envidraçados.
Onde, Qext =perdas de calor pela envolvente em contacto com o exterior Qlna
=perdas de calor pela envolvente em contacto com locais não aquecidos Qpe =
perdas de calor pelos pavimentos e paredes em contacto com o solo Qpt = perdas
de calor pelas pontes térmicas lineares existentes
· Perdas de calor resultantes da renovação de ar Estas perdas correspondem
à renovação de ar interior por unidade de tempo
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
42
Onde, Rph = número de renovações horárias do ar interior Ap = área útil de
pavimento Pd = pé direito GD = número de graus-‐dias da localidade em que o
edifício se situa.
· Ganhos de calor úteis Este ganhos são resultado dos ganhos brutos
internos e ganhos solares pelos envidraçados
Onde, η = factor de utilização de ganhos térmicos Qg = ganhos térmicos brutos
Este factor de utilização é definido pelo regulamento como função da inércia
térmica e da relação entre os ganhos totais do edifício e perdas térmicas totais.
Assim as necessidades anuais de aquecimento são calculadas por:
Para o arrefecimento usamos a mesma metodologia que do aquecimento tendo
atenção ao cálculo dos ganhos solares que terão de ser adaptados às condições
de Verão, isto porque, no Inverno não provocam sobreaquecimento como no
Verão.
Neste caso, dado a temperatura média exterior ser inferior há temperatura
interior de referência a renovação de ar é contabilizada como uma perda.
As necessidades nominais de arrefecimento são calculadas da seguinte maneira:
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Onde, Qg = ganhos totais brutos η = factor de utilização dos ganhos Apavimento
= área útil de pavimento
Este ganhos totais brutos consistem na soma das cargas individuais de cada
componente da envolvente, das cargas devidas à incidência solar nos
envidraçados, das cargas devidas à renovação de ar e das cargas internas. Os
ganhos pela envolvente correspondem à soma das perdas pela envolvente opaca
e transparente, provocadas pela diferença de temperatura do interior e do
exterior e dos ganhos solares através da zona opaca. Os ganhos pelos
envidraçados, renovação de ar e internos são calculados da mesma maneira nos
dois métodos.
Enfim o cálculo das necessidades de energia para preparação de águas quentes
sanitárias é feito da seguinte maneira:
Onde, Qa = energia útil despendida com sistemas convencionais de preparação
de AQS ηa = eficiência de conversão dos sistemas convencionais Esolar =
contribuição de sistemas de colectores solares para aquecimento de AQS Eren =
contribuição de outras energias renováveis Apavimento = área útil de
pavimento.
Uma vez calculadas as nossas quantidades necessaria para
aquecimento,arrefecimento e AQS, devemos escolher a nossa Bomba de Calor
Geotermica.
Para isso há um software, PILESIM, um programa de simulação dinâmica para
avaliação do desempenho térmico de sistemas de aquecimento e/ou
arrefecimento utilizando, sistemas energy piles ou múltiplos permutadores de
calor enterrados.
Define Também parâmetros relativos às necessidades de aquecimento e
arrefecimento, à bomba de calor e máquina de frio.
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Piso Radiante a Água: A Climatização Invisível ou vulgarmente designada de
Piso Radiante a água, é um sistema que consiste numa série de circuitos de
tubagens integradas no chão ou no tecto, através das quais circula água à
temperatura necessária para proporcionar calor ou frio, de acordo com a época
do ano. A água é impulsionada a uma temperatura temperada a rondar os 40ºC
no inverno e os 16ºC no verão, criando um ambiente confortável sem movimento
de ar.
Estimou-‐se, sempre em termo padrão, uma area de 160!!, com 4 pessoas, que
ajuda-‐nos a definir as necessidades de água quente estimadas por 80litros por
pessoa por dia, que permite de calcular a potência calorifica para a escolha da
nossa bomba de calor:
-‐ Potência Calorífica
Os cálculos começam-‐se com a seguinte fórmula:
P= ρ x c x Q x ∆t
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Sendo:
P – Potência calorífica (Kcal/h)
ρ -‐ Densidade da agia= 1 Kg/l
c – Calor especifico da água (1 Kcal/(Kg ºC)
Q – Caudal ou volume de acumulação a aquecer num determinado tempo (l/h)
∆t – Diferença detemperatura da água na entrada e de acumulação (ºC),
habitualmente consideramos entrada a 10ºC e acumulação a 60 ºC, o que resulta
a 50 ºC
Nota: Para simplificação dos cálculos trabalhamos em Kcal/h e então no final
passamos a Kw.
Exemplo na nossa casa:
Para um depósito de acumulação de 320 l para aquecer numa 1,5 hora:
P = 1 x 1 x( 320/1,5) x 50 = 10 667 Kcal/h =10667 x 0,0011628
= 12 Kw
Esta potência representa o calor horário necessário que o permutador terá que
permitir na troca de calor.
Logo a nossa Bomba de calor será:
Bomba de calor Geotermica OCHSNER -‐ 10-‐60 KW
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CAPÍTULO 3 -‐ PRODUÇÃO ÁGUA 3.1 “COMPLUVIUM DO MAR”
O “Compluvium do mar” é uma estrutura módular que recolhe água da chuva e
água do mar para transforma-‐las em água potável. Para isso são utilizados
materiais sustentáveis que irão filtrar, aquecer, depurar e mineralizar as águas
tratadas. Para o processo de dessalinização da água do mar, o Compluvium do
Mar usa a técnica da evaporação para uso cívico e doméstico com ajuda de fontes
de energia renováveis utilizadas pelo aquecimento da resistência elétrica. Além
da dessalinização, a estrutura recolhe também água da chuva com um sistema
que já existia na antiga Roma, o Compluvium-‐Impluvium, mas modernizado (em
vez de um telhado normal, esta estrutura vai ter painéis fotovoltaicos, que
carregam uma bateria).
Podemos dizer que este sistema e’ um sistema Hibrido de produção de água
potável.
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3.1.2 FUNCIONAMENTO A água da chuva passa por uma conduta constituída por vários filtros, para
depois cair dentro de um tanque (o nosso impluvium),e depois se juntar à água
do mar dessalinizada. Nesta fase vamos ter Água Pura.
A água do mar entra na estrutura através de um sistema de bombagem e de
abertura/fecho de uma válvula. Quando o processo arranca, tudo automatizado
com sensores, a água do mar passa dentro duma placa de alumínio (material
barato e com ótima condução térmica) com a forma de serpentina. Esta água do
mar vai cair num tanque (tanque água do mar) que vai ser aquecido com uma
resistência elétrica até chegar à temperatura de ebulição e passar a vapor, para
depois se transformar em gotas de água pura que se vão acumulando no tanque
de água pura.
O ambiente,ou câmara em cima do tanque de água do mar, e’ composto por uma
estrutura a isolamento térmico para nao desperder o calor nesse espaço e o
material que foi escolhido e’ a Espuma elastomerica.
Na figura em baixo podemos ver melhor a estrutura na parte do lado.
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3.1.3 AVALIAÇÃO DOS COMPONENTES -‐Tanque Nº 1(Água do Mar): Neste tanque entra água do mar com um sistema
de bombagem e uma válvula que automatizada ira escolher o tempo de fecho ou
abertura. A dimensão do tanque (capacidade em Litros) varia a segunda dos
requisitos da casa. O material do tanque escolhido e’ o alumínio com uma base
costituida pelo interno do material Zeolito. A sua vez a base deste tanque nº1
esta apoiada em cima duma resistência que trabalhera pelo aquecimento da
água.
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-‐Tanque Nº 2(Água Pura): Neste taque temos praticamente o nosso
“Impluvium” ou seja o tanque da recolha da água da chuva e da água tratada no
processo de Dessalinizaçao na camera a isolamento térmico. Em termo de
dimensões vai ser o dobro do tanque Nº 2 enquanto vai recolher água da chuva
filtrada e água do mar dessalinizada.
-‐Tanque Nº 3(Água Potavel): Neste tanque vamos ter a transformação da água
pura em água potável, aproveitando do processo de mineralização. Este tanque
uma vez enchido com água pura que vem do tanque Nº 2,sera mixturado com
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50
minerais que ficam nas caixas de Minerais. Vai ter as mesmas dimensões do
tanque da água pura e vai ser ligado ao uso domestico.
-‐Tanque dos Detritos: E’ o tanque posto atrás do tanque da água do mar que ira
guardar os detritos que ficam na parte baixa do próprio tanque Nº 1. Este
procedimento sera efetuado com um sistema automatizado de sensores que irao
abrir ou fechar a segunda do nível da água.
-‐Sensores de Nível: Dispositivos electricos que ajudam a controlar o nível de
água nos tanques que estão na estrutura “Compluvium do Mar” fazendo-‐na
automatizada.
-‐Sistema de bombagem com válvula: E’ o sistema que permite de bombar água
do mar e deixa-‐la entrar na estrutura. Entre a estrutura e o sistema de
bombagem esta colocada uma válvula de abertura/fecho que vai decidir a
quantidade de água que pode entrar e quando, com sensores de válvulas.
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-‐Paneis fotovoltaicos e acumulador de Energia: O tamanho do sistema
fotovoltaico, além de ser utilizado para o aquecimento da quantidade de água e
eléctricidade para o sistema,depende da localização geográfica, do
processamento de devoluções e armazenamento desses. Especificamente, o
armazenamento de água e de energia deve ser feito durante horas do dia, e a
energia fornecida pelo sistema fotovoltaico deve ser suficiente para abastecer o
processo de dessalinização e para armazenar energia para a noite. O rendimento
da última operação tem repercussões inevitáveis na quantidade de energia para
produzir e, consequentemente, no tamanho do sistema fotovoltaico. Pior e’ a
eficiência do acumulador, maior devera ser a quantidade de paneis fotovoltaicos
e do inverter, aumentando o preço do sistema.
Para os dados de radiação global em um território, temos o site da
Photovoltaic Geographical Information System -‐ Interactive Map
onde temos uma base de dados com valores de potência de radiação istantanea
Média em cada mes do ano. Com estes dados podemos saber a potência solar em
W!! e também o rendimento de cada panel solar de produzir energia durante
um dia:
Exemplo com (Rendimento panel fotovoltaico)
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
52
3.1.4 PRINCIPIOS FISICOS PARA DISSALINIZAÇÃO A transição a partir de um sistema a uma dada entropia para um a entropia
inferior envolve sempre um gasto de energia. O mesmo com o princípio de
dissalinizaçao.
Precisa gastar uma quantidade definida de energia:
em que E é igual a:
-‐ O calor de dissolução: o calor que se desenvolve durante a dissolução de um sal
em água
-‐ Gradiente ebulioscópica: diferença de temperatura de evaporação de uma
solução em comparação com solvente puro.
A alimentação de energia principal para o sistema para dessalinizar a não mudar,
dependendo da tecnologia, a partir disso, pode-‐se afirmar que o processo de
dessalinização é em qualquer caso energicamente desperdício.
A energia mínima necessária para inverter o processo pode ser calculada através
da introdução de uma quantidade de sal em um metro cúbico de água suficiente
para criar uma solução equivalente para a do mar, e medindo o aumento da
temperatura devido à reação exotérmica.
A mudança é de cerca de 0,64 ° C correspondente a 0,75 kWh / !!. Expressando
a reação química em termos mais simples:
Água doce + Sais = Água de Mar + 0,75 kWh / !!
Sabemos também que para diminuir o gasto de Energia, devemos aumentar o
mais possível a temperatura da água assim que o calor necessário para o
processo de evaporizaçåo seja menor.
Por um litro de água de mar a 15ºC, calculamos a energia necessária para chegar
a 100ºC:
-‐Calor especifico Água = 4184 J!!!"!!!
-‐Calor de vaporização da água = mlf = 1000 * 2262 = 2262 KJ
-‐Q aquecer = mc ΔT (100-‐15) =355,6 K/J
-‐Q vaporizar = mlf(calor latente)= 1000g * 2262Jg = 2262KJ
-‐Energia = 2262+ 355,6 = 2618 KJ/3600(segundos por hora)
= 0.727 KWh
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Como dito anteriormente, devemos abaixar o nosso ΔT ou seja aquecer em outra
maneira a água do mar que entra no nosso Compluvium do Mar.
E’ nesta fase que vamos utilizar das qualidades do Zeolito posto na base do
tanque Nº1, que com so pouca água consegue aquecer –se até a uma temperatura
de 80ºC.Isso e’ possível pela sua característica na estrutura interior que travando
as moléculas de água faz començar um processo de energia cinética a qual
produz calor.
Podemos ver com este cálculos que para aquecer um litro de água em uma hora
precisamos de uma Energia de 0.727 KWh para cada Litro, um gasto grande
considerando que cada familha de 4 pessoas em Média consome 200 litros de
água segundo a OMS(Organizaçao Mundial de Saude).
Portanto a quantidade Média de água total, Pura e Potavel, numa casa devera ser
em Média de 200 Litros. Este e’ o objetivo medio do “Compluvium do Mar”.
3.1.5 PRODUÇÃO ÁGUA POTAVEL (Avaliação e parâmetros
químicos) O QUE É A ÁGUA POTÁVEL?
Por definição, é chamada água potável, água que pode ser bebida ou usada na
preparação de alimentos sem prejuízo à saúde. Os danos a saúde pode resultar
de contaminantes, de natureza química ou microbiológica, que a água pode pegar
durante o seu ciclo; contaminantes que pode ser, naturalmente, presentes no
ambiente, ou dispersas por actividades humanas.
A água é considerada potável, se tiver os requisitos de qualidade estabelecidos
por normas específicas (DL 306/2007 –Decreto Lei do Ministerio do Ambiente
do 27 de Agosto 2007), que estabelecem os limites máximos Elegíveis para
substâncias que podem estar presentes na água destinada ao consumo humano.
Os limites foram estabelecidos tendo em conta a ingestão diária máxima durante
longos períodos, da natureza do contaminante e da sua possível toxicidade.
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OS PRINCIPAIS CONSTITUENTES DA ÁGUA
As substâncias que são geralmente dissolvidos na água são os sais, que vem do
processo natural de dissolução de minerais constituintes das rochas e solos
normalmente atravessados pela água. A solubilização destes sais é levada a cabo
pela água da chuva que é pobres em sais, mas é "agressiva", devido ao dióxido de
carbono que foi recolhido a partir do ar. O teor de sal da água depende do tipo de
rocha atravessado e do tempo de contato. Os sais dissolvidos estão presentes
tanto como partículas carregadas positivas que negativas (íoes): água potável é,
por isso, uma solução de iões (iões de cálcio, iões de sódio, iões de bicarbonato,
de iões cloreto, etc.) em concentração (quantidade em peso por litro) ideal. O
calcário (mármore, dolomita, etc.)dara os iões de bicarbonato, cálcio e magnésio;
rochas com gesso (sulfato de cálcio) vao dar além do cálcio também o ião sulfato;
os iões de sódio e de cloreto podem, em vez, vir de rochas que contem cloreto de
sódio (sal de cozinha). Os iões presentes na água são importantes para
organismos vivos porque as próprias células desempenham as suas funções em
soluções salinas a concentração costante; os sais assumidos com a água ajudam
a mantê-‐los no direito equilíbrio.
A Água destilada é considerada não potavel, porque é desprovida de sais
dissolvidos, o mesmo se aplica a água da chuva ou neve derretida e sua
suposição, em condições extremas, é recomendamos com uso de suplementos de
sais.
MAS QUAL É A QUANTIDADE IDEAL DE ÍONS EM ÁGUA POTÁVEL?
A muitos anos, fizeram estudos para criar esses montantes. Em Portugal como no
resto da Europa, pelo “Decreto-‐lei do Ministerio do Ambiente do 27 de Agosto
2007, relativa à qualidade da água destinada para o consumo humano ", ou no
site da WHO-‐WORLD HEALTH ORGANIZATION,foi definido para quase todas as
substâncias que podem estar presentes água, um "valor limite" ou um "limiar de
concentração" que não deve ser excedido; se em uma água estão presentes um
ou mais compostos em uma quantidade.
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Tabela dos principais componentes da água potável (valores expressos em miligramas
por litro, mg / L)
OS PRINCIPAIS CONTAMINANTES QUIMICOS INORGANICOS
A contaminação química pode ter causas naturais ou por atividades humanas
ligadas a assentamentos urbanos, industrial ou agrícola-‐pecuária.
Vamos começar levando em consideração os iões de amônio, nitrito e nitrato,
substâncias "relacionadas" uns com os outros no ciclo de azoto e são
frequentemente a causa de muitos problemas. Por isso o DL306/2007 estabelece
esses limites:
Formas de azoto que podem estar presentes nas águas potáveis
O ião amônio é principalmente devido ao esterco humano ou animal em que e’
conteúdo sob a forma de ureia, resultante do metabolismo das proteínas. A sua
aparência na água, quando combinado com análise microbiológica desfavorável,
é um sinal claro de poluição por esgotos. E 'especialmente para esta correlação
que a lei estabeleceu que o valor limite de concentração na água potável deve ser
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de 0,5 mg / L. No entanto, o problema de ião de amónio é mais articulado; a
Organização Mundial de Saúde(WHO) e a legislação em vigor em alguns países
não da nenhum limite para esta substância na água potável por duas razões
principais: a sua possível origem "natural" e sua toxicidade insignificante. A
presença de íoes de amônio em água, especialmente de água subterrânea, em
algumas circunstâncias, é devido a causas geológicas como a degradação do
material no processo de fossilização (restos de plantas, os depósitos de turfa,
etc.).
O decreto lei do Ministerio do Ambiente insere o íão de amônio entre
"substâncias indesejáveis ", e não entre as" substâncias tóxicas ", na verdade, esta
substância, como já disse, é naturalmente presente no corpo humano em
quantidades muito mais elevadas como um subproduto da metabolismo de
proteínas.
Os nitritos e nitratos, em vez, podem ser produzidos naturalmente pela oxidação
do ião de amónio ou de fenómenos que resultam da utilização de fertilizantes de
azoto na agricultura.
O ião nitrato é muitas vezes uma componente de sais muito solúveis usada como
fertilizantes, por isso, pode saltar rapidamente para as águas subterrâneas,
devido à erosão dos solos agrícolos.
No entanto, existem tratamentos à água potável, tecnologicamente avançadas
que permitem reduzir a concentração de nitritos e nitratos, até o total de
eliminação.
Existem outras substâncias de origem natural, absolutamente, que muitas vezes
alteram as características organolépticas (cor, odor, sabor e turbidez) da água
potável.
-‐Principais contaminantes de origem natural na água potável-‐
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57
A água subterrânea é geralmente pobre e incapaz de manter o oxigênio
dissolvido mostrando ferro e manganês na forma "reduzida" (íão "ferroso" e
"manganê") mesmo em concentrações superiores aos valores-‐limite. Mas quando
a água que contém uma grande quantidade de ferro de oxigénio dissolvido é
levada à superfície, torna-‐se num curto período de tempo (de alguns minutos a
algumas horas) em uma solução turva e amarelada de aspeto desagradável. Na
prática, aconteceu que o contato com o oxigênio tem transformado a parte ionica
de "reduzida" para "oxidada" (íão "férrico" e"Manganês"). Assim, temos a
separação (precipitação) das lamas coloridas de um preto amarelo-‐ferrugem. A
água com estas características não constituem um risco para a saúde, mas tem
um gosto metálico desagradável; também pode dar origem a fenômenos de
corrosão das tubulações e manchar as roupas durante a lavagem.
Outra substância de origem natural, que muitas vezes prejudica a qualidade da
água potável é o sulfeto de hidrogênio (ou sulfureto de hidrogénio),um gás que é
facilmente reconhecido pelo seu cheiro característico de “ovos de podre”. Esta
substância foi considerada um índice de contaminação da água por material
orgânico, porque o sulfureto de hidrogénio pode causar o enxofre presente em
proteínas. De fato esta substância é erroneamente considerada um sinal de má
qualidade da água potável: há água águas subterrâneas, que contem ácido
sulfídrico, absolutamente puras de um ponto de vista microbiológico, e é
conhecido por muitos séculos o uso terapêutico de água sulfurosa como bebidas.
A legislação pela água de beber requer que o sulfureto de hidrogénio não esteja
presente na água de beber para o uso comum para várias razões: o cheiro da
água é desagradável. As águas que contêm sulfeto de hidrogênio tendem
facilmente na turbidez para a precipitação do enxofre. O ácido sulfeto é
facilmente removido para a oxigenação.
3.1.6 “A NOSSA ÁGUA” Depois dum estúdio aprufundido sobre as várias características da água para ser
potável e agradar o corpo humano, temos escolhido esta fórmula química, de
componentes que uma água boa deve ter:
NaCl + CaCO3 + MgSO4 + K em mg por Litro de Água (Cloreto de Sodio + Carbonado de Calcio + Sulfato de Magnesio + Potasio)
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Portanto o nosso “Compluvium do Mar” devera ter a capacidade de fazer analise
especificas nas águas tratadas e fornecer ao nosso utente uma água deste tipo,
com estes tipos de minerais.
Novas e antigas formas de buscar a
água.
Da “Giara” á torneira.
3.2 ÁGUA DE NEVOEIRO
O Nevoeiro, produzido normalmente por nuvens baixas por impacto contra um
terreno íngreme, pode ser capturado pela colocação de malhas especiais sobre
uma estrutura de suporte. Estas malhas reter as minúsculas gotas de água que
flutuam no ar imitando o processo que as copas das árvores fazem e dá origem
ao fenômeno conhecido como "precipitação horizontal". É uma técnica estudada
há mais de 50 anos em muitas partes do mundo, e permite a utilização de
recursos esta sustentáveis de água.
A água uma vez “captada” vai para um tanque que armazena-‐a passando por
filtros que fazem só depuração já que tem minerais suficientes para ser potavél.
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NAS IMAGENS AS ILHAS CANARIAS, ONDE A EMPRESA “ALISIOS” RECOLHE ÁGUA DE NEVOEIRO
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CAPÍTULO 4 -‐ EFICIENCIA ENERGÉTICA, CLASSE ENERGÉTICA, LEIS AUTOCONSUMO. Recentemente, foram divulgados resultados de estudos concluindo que os mais
de 6 bilioes de seres humanos que eistem no planeta Terra precisam de energia
equivalente a um terço mais das reservas naturais do que a quantidade que o
planeta pode fornecer. Sendo assim, já se ultrapassou em muito aquilo de que
precisamos para nos sustentar. Quanto a crise do carbono, a situação é dramatica
e os resultados já estão a vista. Os niveis das águas dos oceanos estão a subir e a
inundar as partes mais baixas do planeta. As catastrofes sucedem-‐se em todo o
mundo. As duas crises focadas andam de mãos dadas, mas felizmente podem ser
resolvidas, pois se não houver emissoes de gases estamos a poupar energia,
poupamos o planeta e poupa-‐se nos custos.
Ao cuidar dos nossos recursos naturais, garantiremos as geraçoes presentes e as
futuras uma qualidade melhor de vida e a sobrevivencia do lar da Humanidade.
-‐CONJUGAÇÃO DOS 3Rs
Reduzir, Reutilizar, Reciclar são os tres cuidados nais importantes da vida na
terra. Os gastos de água da simples lavagem de mãos ao fim de um dia,
surpreende qualquer um que se der ao cuidadode fazer uma analise do consumo.
Reduzir-‐é gastar apenas o necessario-‐(não desperdiçar), minorar o consumo é
reduzir a energia e consequentemente planear o futuro. Embora sendo ainda
uma solução um pouco dispendiosa, o nosso sistema permite reduzir a
quantidade de combustível fossil que utilizamos,contribuindo para a melhoria do
ambiente. Esta visão é uma visão naturalista da sustentabilidade do nosso
progresso.
Reutilizar-‐Usar mais que uma vez o mesmo-‐(aproveitamento), a possibilidade de
usarmos mais que uma vez um determinado objecto permite reduzir a nossa
dependencia na conservação de energia.
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Reciclar-‐Criar coisas novas com que já foi utilizado-‐(transformação), muitos dos
materiaisque já foram utilizados podem ser reaproveitados e, apos
transformação, voltarem a ser utilizados para o mesmo ou outro
fim.(VIdro,Papel,metal,etc..).
-‐POUPANÇA DE ENERGIA
Optimizando o consumo de energia, estamos a contribuir para a Eficiencia
Energética.Vamos analisar algumas destas etapas que são conhecidas de alguns
de nos mas que são ainda pouco utilizadas:
-‐Evitar electrodomesticos ligados, quando não são necessários (standby).
-‐Planear a utilização dos equipamentos electricos e cuidar da sua conservação
(maquina roupa,frigorificos,etc..)
-‐Na compra de um novo equipamento deve-‐se ter cuidado de analisar o que gasta
menos para o mesmo fim.
-‐Substituição das lampadas incandescentes por LED (80% poupança).
-‐Fazer separação dos diferentes Resíduos e lixo é uma boa pratica ecologica.
-‐Calafetar as portas e janelas e isolar as paredes, tectos e pavimentos reduz
bastante o consumo de energia no sistema de climatização.
-‐Fazer deslocaçoes a pe em pequenos trajectos e utilizar os transportes publicos.
-‐MICROPRODUÇÃO E LEI SOBRE O AUTOCONSUMO
A microgeração é a geração de energia pelo proprio consumidor.Os
consumidores indústrias ou consumidores particulares, utilizando equipamento
de pequena produção (microturbinas,aerogeradores, paineis fotovoltaicos)
podem produzir directamente para o seu consumo e injectar o excesso da
produção na rede pública de distribuição.
-‐Legislação
Foi públicado em 2 de novembro de 2007 o decreto-‐lei nº 363/2007, já com
segunda alteração em 08/07/2010, que comtempla o regime simplificado
aplicavel a micro produção de electricidade, tembem conhecido por "Renovaveis
na Hora".
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O decreto-‐lei 312/2001 de 10 de dezembro teve Também a sua segunda
alteração, o que deve ser consultado em caso de interesse.
Na segunda alteração ao decreto-‐lei nº363/2007 e decreto-‐lei 312/2001 de 10
de dezembro, salientam-‐se os pontos mais importantes desta alteração:
-‐Altera o regime juridico aplicavel a produção de electricidade por intermedio de
instalaçoes de pequenas potências.
-‐Incentiva a produção descentralizada de electricidade em baixa tensão por
particulares, tornando esta pratica mais simples,mais transparente e mais
favoravel.
-‐Aumenta a quantidade de produção de electricidade para 25MW/ano. No ano de
2010 atribuidos 14 MW já registadosacrescidos de 10MW a atribuir ao abrigo
desta revisão.
-‐Passa a ser obrigatorio para a generalidade dos comercializadores que
fornecem,compram a electricidde micro-‐gerada.
-‐São criados mecanismos para garantir a micro produção com base em criterios
de interesse publico, a entidades que prestem serviço.
-‐Qualquer particular que queira produzir energia neste regime, pode faze-‐lo
atraves de registo aberto, que so deixa de estar disponível quando é atingida a
potência maxima destinada ao ano em causa.
-‐Os registos passam a ser ordenados por ordem de chegada, podendo os
interessados ter maior possibilidade quando a data de Eficiencia Energética
identificadas em auditoria.
-‐Como proceder para se registaruma unidade de microprodução no SRM-‐
Sistema de Registo de Microprodução
Ao aceder ao SRM o eventual produtor deve registar-‐se indicando:
-‐Identificação do produtor de energia
-‐Numero NIF
-‐Codigo de utilizador.
DEcreto lei 153/2014
normativa iso 50001
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63
CAPÍTULO 5 -‐ CONTROLE CASA E ENERGIA (DOMOTICA) 5.1 Projeto Open/Hardware Source
Depois de ter estruturado a parte da Produção de Energia, da Produção da Água
e como devemos proceder em termos legislativos, podemos falar da parte do
Total Controle da Casa.
Isto significa conhecer e gerir cada entrada e saida e todos os automatismos que
fazem parte dos vários Sistemas projetados.
Portanto para esta tarefa, contamos com a DOMOTICA (Domus em latim "casa" +
automatique em frances "automatica") ou seja criar um Sistema afiliado que nos
dará a possibilidade de ter o
sob-‐controle todas as fases importantes e os dispositivos ligados.
Vamos ver como o uso de um microcontrolador "gerirá" a Energia que entra
monotorizando-‐a para nos dar informaçoes especificas sobre os consumos; como
cada rede electrica será "digitalizada"; como um processo inteligente
reconhecerá o nível da fonte de Energia e escolherá qual será o Sistema (Baterias
Litio,FuelCell direitamente,Flywheels) a fornecer Energia a nossa Casa.
Desfrutamos um alto conhecimento informatico pessoal para modelar o Sistema
de Domotica, e permitir que cada parte de automatização "Open Source", ou seja
a fonte de programação "livre e aberta", mutável e maleável para fins diferentes.
Foram usadas varias linguagens de programação para fornecer ao usuario uma
plataforma de controle simples, eficaz e intuitiva, tudo no ambiente LINUX.
Alem da parte Software aberta, temos escolhido Também a parte do "Open-‐
Hardware", que foi configurada pessoalmente.
Mesmo para esta parte, como coração do Sistema de
Controle, escolhemos o Mini-‐Pc-‐Microcontrolador
"UDOO" .
Veremos nos proximos parágrafos as caracteristicas
tecnicas e as potêncialidades. No Udoo foi instalado, como
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64
sistema operativo baseado no Linux, UBUNTU(Udoobuntu no especifico) onde
foram instalados os programas de controle I/O, controle/monotorização Energia,
e desfrutando dos IDE(Ambiente Integrado de Desenvolvimento) para a
programação em outras linguagens como Java e C-‐Wiring. Também esta parte
será analizada no específico com os codigos de programação mais a frente, nos
paragrafos seguintes.
Os programas que o usuario terá a disposição são dois:
-‐FREEDOMOTIC;
-‐OPEN-‐ENERGY-‐MONITOR.
O primeiro, permite a gestão do Sistema eletrico e da Iluminação da casa atraves
da programação das entradas e saidas nos especificos plugins(programa de
computador usado para adicionar funções a outros programas maiores) que
terão funçoes especificas permitindo-‐nos Também o controle em remoto.
O outro programa é o Open Energy Monitor, o qual permite de registar atraves
de Sensores de Hall( sensores para determinar o sinal e a densidade da carga)
os consumos de energia elétrica no sistema interno e portanto de cada aparelhos,
e no sistema externo, ou seja de Produção de Energia de Fontes Renovaveis,
monitorizando a Energia que entra. Tudo será registado em tempo real em
Bases de Dados criadas no Ubuntu instalado no Udoo, para consultar-‐las em cada
momento e Também on-‐line.
Além destas funcionalidades teremos a disposição uma Estação Metereologica
ligada ao Freedomotic, a qual com um outro microcontrolador "PIC 12F683" nos
dirá o tempo fora da habitação, atraves de Sensores de luminosidade,humidade,
pressão.
Enfim temos criado um Módulo TouchScreen queinstalado em cada quarto,
aumentará a comunicação entre os quartos e o quadro eletrico gerido por Udoo
para ter Também dados subdivisos em Quartos/"Nós" (pontos de conexão, seja
um ponto de redistribuição ou um terminal de comunicação). Vemos agora todas
as fases do Projeto Domotica e as caracteristicas dos componentes Hardware e
Software usados.
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65
5.2 Controle Sistema Eletrico
Para realizar este projeto precisava determinar quem gerisse a corrente antes de
entrar na casa. Portanto no nosso caso um Microcontralador que em entrada
receba e comunique com o Inversor, com as Baterias e com a Pilha de
Hidrogenio. Será então o nosso UDOO, funcionando como Quadro eletrico, a gerir
a Simultaneidade da Energia que entra avaliando os niveis de carga das
Baterias. O Udoo a sua vez comunicará com os vários módulos instalados na casa
para "libertar" a corrente pedida pelo usuario.
Isto é possível atraves dos nossos RELÉS os quais com as próprias caracteristicas
saberão se enviar ou não o impulso, funcionando como interrutpores:
RELÉ: é um interruptor actuado electricamente. Ou seja, tem um circuito de
comando (ou primário), que quando alimentado por uma corrente, acciona um
electroíman (a bobine da figura acima) que faz mudar de posição outro par de
contactos (as lâminas na parte de cima) ligados a um outro circuito (circuito
secundário ou comandado). As funçoes mais importantes são NO(normally
Open) e NC(normally Closed).
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Em termos informaticos, dividindo a casa em quartos e os quartos em tomadas
ou luzes, teremos as nossas classes e sobclasses as quais terão vários relés que
gerirão a corrente recebendo o sinal de comando do UDOO. Para a gestão da
simultaneidade, escrivemos um programa em C-‐Wiring o qual lendo os valores
de tensão das Baterias e da capacidade das garrafas de H2, saberá qual sistema
terá a "prioridade" para fornecer Energia na casa.
Para as Baterias: Para as nossas baterias Litio 48V, vamos usar um controlador
de niveis de tensão de saida que nos dirá quantas carga temos ainda a disposição
e qual a percentagem. Para esta tarefa usaremos os Transistores MOSFET
(material semicondutor para controlar o fluxo de corrente entre o dreno e a
fonte) que com conversores buck avaliarão as caidas de tensão no interior das
baterias.
Será construida uma placa com eles, a qual será posicionada entre o Regulador
de Carga Hibrido Solar/Eolico e a saida das Baterias.
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Um conversor buck
funciona através da manipulação dos campos elétricos e magnéticos de um
indutor para converter uma alta tensão e uma baixa corrente em uma tensão
mais baixa e mais corrente mais elevada. Este é muito mais eficiente do que a
simples utilização de uma série de resistências para soltar a tensão.
O microcontrolador-‐Udoo acciona o MOSFET através da linha de PWM
(modulação de sua razão cíclica (duty cycle) para transportar qualquer
informação sobre um canal de comunicação ou controlar o valor da alimentação
entregue à carga)e usa a realimentação de tensão e corrente dos circuitos de
detecção para obter um controlo muito preciso da tensão de saída.
SKETCH EM C-‐WIRING:
// Function created to obtain chip's actual Vcc voltage value, using internal
bandgap reference
// This demonstrates ability to read processors Vcc voltage and the ability to
maintain A/D calibration with changing Vcc
Esquema Eletrico MOSFET/CONVERSOR BUCK
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68
int battVolts; // made global for wider avaliblity throughout a sketch if needed,
example a low voltage alarm, etc
void setup(void) {
Serial.begin(38400);
Serial.print("volts X 100");
Serial.println( "\r\n\r\n" );
delay(100);
}
void loop(void)
{
battVolts=getBandgap(); //Determins what actual Vcc is, (X 100), based on
known bandgap voltage
Serial.print("Battery Vcc volts = ");
Serial.println(battVolts);
Serial.print("Analog pin 0 voltage = ");
Serial.println(map(analogRead(0), 0, 1023, 0, battVolts));
Serial.println();
delay(1000);
}
int getBandgap(void) // Returns actual value of Vcc (x 100)
{
#if defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__)
// For mega boards
const long InternalReferenceVoltage = 1115L; // Adjust this value to your
boards specific internal BG voltage x1000
// REFS1 REFS0 -‐-‐> 0 1, AVcc internal ref. -‐Selects AVcc reference
// MUX4 MUX3 MUX2 MUX1 MUX0 -‐-‐> 11110 1.1V (VBG) -‐Selects
channel 30, bandgap voltage, to measure
ADMUX = (0<<REFS1) | (1<<REFS0) | (0<<ADLAR)| (0<<MUX5) | (1<<MUX4)
| (1<<MUX3) | (1<<MUX2) | (1<<MUX1) | (0<<MUX0);
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#else
// For 168/328 boards
const long InternalReferenceVoltage = 1056L; // Adjust this value to your
boards specific internal BG voltage x1000
// REFS1 REFS0 -‐-‐> 0 1, AVcc internal ref. -‐Selects AVcc external
reference
// MUX3 MUX2 MUX1 MUX0 -‐-‐> 1110 1.1V (VBG) -‐Selects channel 14,
bandgap voltage, to measure
ADMUX = (0<<REFS1) | (1<<REFS0) | (0<<ADLAR) | (1<<MUX3) | (1<<MUX2)
| (1<<MUX1) | (0<<MUX0);
#endif
delay(50); // Let mux settle a little to get a more stable A/D conversion
// Start a conversion
ADCSRA |= _BV( ADSC );
// Wait for it to complete
while( ( (ADCSRA & (1<<ADSC)) != 0 ) );
// Scale the value
int results = (((InternalReferenceVoltage * 1024L) / ADC) + 5L) / 10L; //
calculates for straight line value
return results;
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70
}
Para as garrafas de H2: A diferença das baterias, para o nível da quantidade de
H2 nas garrafas vamos usar sensores de peso/balanças (FORCE SENSITIVE
RESISTOR)que informarão o Udoo da quantidade presente o interior.
Serão posicionados e calibrados em baixo das garrafas para saber a situaçao do
nível do Hidrogenio produzido pela FuelCell.
SKETCH EM C-‐WIRING:
/* FSR FORCE SENSITIVE RESISTOR testing sketch.
Connect one end of FSR to 5V, the other end to Analog 0.
Then connect one end of a 10K resistor from Analog 0 to ground
Connect LED from pin 11 through a resistor to ground
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71
int fsrAnalogPin = 0; // FSR is connected to analog 0
int LEDpin = 11; // connect Red LED to pin 11 (PWM pin)
int fsrReading; // the analog reading from the FSR resistor divider
int LEDbrightness;
void setup(void) {
Serial.begin(9600); // We'll send debugging information via the Serial monitor
pinMode(LEDpin, OUTPUT);
}
void loop(void) {
fsrReading = analogRead(fsrAnalogPin);
Serial.print("Analog reading = ");
Serial.println(fsrReading);
// we'll need to change the range from the analog reading (0-‐1023) down to the
range
// used by analogWrite (0-‐255) with map!
LEDbrightness = map(fsrReading, 0, 1023, 0, 255);
// LED gets brighter the harder you press
analogWrite(LEDpin, LEDbrightness);
delay(100);
}
FSR-‐FORCE SENSITIVE RESISTOR
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-‐ UDOO A peça chave deste projeto, uma integração
de um Arduino Due, que possui mais entradas e
saídas que o Uno (mais 40 digitais e 6 analógicas
e também maior memória), com um processador
ARM dual ou quad-‐core, o qual pode ser usado para processar um sistema
operativo como Linux, Yocto ou mesmo Android. Esta plataforma permite a
alternância entre Linux e Android em apenas segundos, precisando apenas de se
trocar o cartão micro-‐sd por outro com o sistema operativo preferêncial pré-‐
instalado. É possível também ligar um disco SATA ao dispositivo para ter maior
capacidade de armazenamento. Os programas desenvolvidos para o arduino
podem ser facilmente introduzidos no microcontrolador através do IDE.
-‐PRINCIPAIS CARACTERISTICAS:
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· Processador i.MX 6 ARM Cortex-‐A9 Quad core 1GHz
• · Gráficos integrados, cada processador fornece 3 aceleradores para 2D, OpenGL 3D e
OpenVG.
• · Processador SAM3X8E ARM Cortex-‐M3 (O mesmo que o arduino Due).
• · 1GB de RAM DDR3
• · 76 entradas/saídas
• · Compatível com shields para arduino UNO
• · Saída HDMI e LDVS + Touch (porta I2C)
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• · Porta RJ45 (10/100/1000MBit)
• · Módulo WiFi
• · Porta miniUSB e Mini USB OTG
• · 2 portas USB tipo A
• · Saída de áudio e entrada para microfone
• · Conetor SATA
• · Conetor para camara
• · Leitor de cartoes micro sd (apenas para sistema operativo)
• · Energia de funcionamento: 12v
-‐ Arduino
O arduino é uma plataforma física de computação
open-‐source, baseada num simples microcontrolador
que pode ser programado num interface gráfico próprio
para tal. Esta pequena placa pode ser usada para
desenvolver objetos interativos, ler dados provenientes de sensores e para
controlo de luzes, motores e outras saídas físicas. Este dispositivo pode funcionar
em stand-‐alone, no qual apenas interage com as entradas e saídas conforme o
código inserido, ou pode comunicar com o computador ou qualquer outro
dispositivo que consiga ler dados enviados através da porta série do arduino.
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Estas placas pré-‐fabricadas foram as escolhidas por nós pois são
extremamente úteis no momento da prototipagem no qual o tempo gasto na
montagem de um circuito e inserção do nosso código é quase nulo. Como é open-‐
source, depois de concluída a fase protótipo inicial, poderíamos passar à seguinte e
comprar os elementos essenciais e fazer a nossa própria placa com um circuito à
medida do nosso projeto.
A programação em C-‐Wiring
IDE para Programação em C-‐Wiring Arduino
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-‐Módulo para os Quartos
Como dito anteriormente, temos pensado em construir módulos que gerem cada
quarto e recebem as informaçoes do Udoo.
O módulo será formado por um TouchScreen 3.2", um arduino mini que será o
nosso microcontrolador, um módulo wi-‐fi ESP, um numeros de relés a segunda
das tomadas/luzes e uma Camara VGA para a segurança.
No ecrã TouchScreen podemos ver todas as informaçoes que o Udoo envia, tipo
consumo energia ou a situação metereologica, recebendo-‐as atraves do módulo
WI-‐FI ESP ligado ao Arduino MIni.
O arduino mini será o nosso controlador de todas estas componentes do módulo.
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-‐Estação Metereologica
Outra componente ligada ao nosso Udoo, será uma placa shield com um
microcontrolador PIC12F683, que atraves de sensores de humidade pressão e
temperatura nos dará informaçoes do Tempo no exterior em tempo real, visiveis
Também nos módulos dos quartos alem que no Udoo. Mesmo no Udoo esta
shield comunicará e mostrará as informaçoes no Software de Domotica
Freedomotic instalando um plugin.
SKETCH EM C-‐WIRING:
#include <WeatherShield1.h>
#define RXBUFFERLENGTH 4
WeatherShield1 weatherShield;
//#define IODATA_PIN 2
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//#define CLOCK_PIN 7
//#define MY_WEATHERSHIELD_ADDRESS 10
//WeatherShield1 weatherShield(CLOCK_PIN, IODATA_PIN,
MY_WEATHERSHIELD_ADDRESS);
void setup(){
/* Initialize the serial port */
Serial.begin(9600);
}
/* This is the main sketch loop handler */
void loop() {
/* This is the buffer for the answers */
unsigned char ucBuffer[RXBUFFERLENGTH];
/* Check for the weather shield connection */
if (weatherShield.sendCommand(CMD_ECHO_PAR, 100, ucBuffer)) {
Serial.println("Connection With Shield Performed OK");
}
/* Start reading temperature */
float fTemperature = 0.0f;
unsigned short shTemperature = 0;
if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETTEMP_C_AVG, 0, ucBuffer))
fTemperature = weatherShield.decodeFloatValue(ucBuffer);
if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETTEMP_C_RAW, 0, ucBuffer))
shTemperature = weatherShield.decodeShortValue(ucBuffer);
/* Read pressure values */
float fPressure = 0;
unsigned short shPressure = 0;
if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETPRESS_AVG, 0, ucBuffer))
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fPressure = weatherShield.decodeFloatValue(ucBuffer);
if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETPRESS_RAW, 0, ucBuffer))
shPressure = weatherShield.decodeShortValue(ucBuffer);
/* Read humidity values */
float fHumidity = 0;
unsigned short shHumidity = 0;
if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETHUM_AVG, 0, ucBuffer))
fHumidity = weatherShield.decodeFloatValue(ucBuffer);
if (weatherShield.sendCommand(CMD_GETHUM_RAW, 0, ucBuffer))
shHumidity = weatherShield.decodeShortValue(ucBuffer);
/* Send all data through the serial line */
Serial.print("Temperature ");
Serial.print(fTemperature);
Serial.print(" Celsius (");
Serial.print(shTemperature);
Serial.println(")");
Serial.print ("Pressure: ");
Serial.print(fPressure);
Serial.print(" kPa (");
Serial.print(shPressure);
Serial.println(")");
Serial.print("Humidity: ");
Serial.print(fHumidity);
Serial.print(" % (");
Serial.print(shHumidity);
Serial.println(")");
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/* Wait some time before running again */
delay(1000);
}
5.3 FREEDOMOTIC
Para a parte da Domotica, vamos usar um Software criado em JAVA, alias um
Framework (em informatica é uma abstração que une códigos comuns entre
vários projetos de software provendo uma funcionalidade genérica), que fará
como interface grafico a todas as nossas funçoes e automatismos presentes no
Sistema de Domotica.
Estamos a falar do FREEDOMOTIC, um software aberto, flexível, escalável e
orientado no mashup (site personalizado ou uma aplicação web que usa
conteúdo de mais de uma fonte para criar um novo serviço completo) capaz de
interagir com os mais comuns e usados padrão da domotica, mas também com
soluções pessoais. Tudo em Freedomotic (web, social network, front-‐ends) é
considerado como um sensor ou um actuador dentro de um sistema de
automação. Por exemplo, é possível iniciar a máquina de lavar com um simples
tweet (Twitter), ou receber uma mensagem se o sensor de gas está detectar uma
perda na cozinha.
-‐Arquitetura
A arquitetura modular do Freedomotic fornece um core (framework) e uma série
de extensões (plugins).
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Framework: inclui as estruturas internas de dados para a representação dos
ambientes (topologia, quartos, conexões, etc.), dos objetos presentes e seu
estado (ligado, desligado, aberto, fechado etc.), e também fornece um mecanismo
para a geração de regras
com um sistema de processamento de linguagem natural que permite ao usuário
de escrever automações como "se fora é escuro, liga a luz da sala".
Plugins: dividem-‐se em duas categorias:
-‐Device plugins: que permitem estender as funcionalidades do framework e
podem ser desenvolvidos e implantados como pacotes independentes, através
do market online oficial. Eles são geralmente criados para comunicar com tipos
específicos de hardware, mas também os mesmo client (gráficos ou web) são
plugins na mesma forma.
-‐Object Plugin: que modelam os objetos do mundo real (lâmpadas, portas,
sensores, etc.), com todas as suas propriedades "educando" o framework
aprópriado. Por exemplo, um conector para uma lâmpada indica ao framework
que o objeto tem uma propriedade (behavior) chamada de "powered" e outro
"brightness" que pode assumir valores inteiros entre 0 e 100. Uma lâmpada pode
estar ligada (Turn-‐On) ou desligada (Turn-‐Off) e sua luminosidade regularizada
aprópriadamente (brilho set). Se a propriedades "brilho" assume o valor 0, então
a lâmpada está desligado (alimentado = false), caso contrário ele está ligado
(alimentado = true).
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-‐Mensagens e Regras
Freedomotic adota um sistema de mensagens baseado inteiramente em eventos,
qualquer mudança no ambiente ou interação com o software por usuarios
(clique no gráfico, alterar um valor em um objeto etc.) gera um evento. Estes são
públicados nos channels e interceptados dos trigger que ficam a escutar. Por sua
vez, cada disparador pode ser associado a um ou mais comandos que definem
uma reaction. Em outras palavras, quando um sensor comunica qualquer
alteração no ambiente, é gerado um evento de um canal e, se o evento é
consistente com o trigger, em seguida, um ou mais comandos podem ser
enviados para o actuador para executá-‐los.
Este mecanismo aparentemente processados, permite de criar regras para as
automações de uma forma totalmente simples e muito perto de linguagem
natural. As regras, de fato, são do tipo "if THIS than THAT ", onde a parte THIS
corresponde a um trigger, e a THAT constituída por um ou mais comandos
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
83
executados em seqüência e a mesma regra tomada em sua totalidade é uma
automação capaz de associar uns com outros trigger e comandos. Por exemplo:
-‐Criação de um ambiente personalizado
O sistema de regras baseadas em troca de mensagens pode
esconder os detalhes dos trigger e controles sobre objetos
virtuais de Freedomotic, portanto, permite a sua utilização
até aos usuários mais inexperientes para criar
automatismos.
Obviamente, para criar sistemas automatizados que se
encaixam perfeitamente às necessidades de cada pessoa não são suficientes
funções fornecidas por padrão, e por isso Freedomotic oferece a possibilidade de
modificar ou criar objetos, triggers, controles e automaçoes através do arquivo
de configuração XML especial. Portanto, agora, serão definidos os conceitos
necessários para criar um ambiente personalizado através desses arquivos.
-‐Object: Cada objeto de uso comum tem certas características e propriedades de
acordo com a sua finalidade e utilização. Por exemplo, uma lâmpada pode ser
ligada ou desligada, enquanto outra poderia permitir também a definição de
luminosidade.
Em Freedomotic, os objetos não são nada mais do que a abstração dos reais
presentes em casa, de modo que o objeto "lampada" será virtualmente
sintetizado por comportamentos estado (ligado ou desligado) e luminosidade.
Para criar um objeto precisa escrever a sua classe Java e o arquivo XML que
especifica os "behaviors".
-‐Trigger: Cada evento é enviado a um canal específico, cujo endereço é
representado por uma cadeia aparecem numa estrutura hierárquica de tipo
app.event.sensor.calendar.event.schedule e, por meio de um trigger, é possível
filtrar os eventos em trânsito num especifico canal. Um exemplo seria o de um
evento que notifica que são as horas 10 e que um trigger está escutando os
eventos correspondentes de tempo filtrando no canal entre seis horas e doze
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84
horas. Podemos dar ao trigger um nome significativo como "it's morning" e usá-‐
lo para construir as automações tipo IF “it’s morning” THEN “turn off outside
lights”. Portanto, um trigger decide se um evento é para ser processado ou não.
Em outras palavras, se o trigger é consistente com o evento será executado o
comando associado. No exemplo acima, se o evento de notificação “it’s 10
o’clock” é verdade, então é verdade que "it's morning", e portanto podemos
executar o comando "turn off outside lights".
-‐Command: Executar um comando, ou seja executar uma ação em um objeto,
significa para Freedomótic alterar o valor que assume um behavior. Por exemplo,
("ligar sala luz") envolve a alteração do bahavior powered que vai de falso para
verdadeiro.
Um comando, portanto, não é mais do que um recipiente de parâmetros
personalizados que associa a cada um deles um valor.
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85
-‐Reaction: Na terminologia de Freedomotic, a reaction identifica a automatização
e é constituída por um trigger e um ou mais comandos executados
sequencialmente dentro de um segmento dedicado para assegurar o
processamento paralelo. Como se acaba de ser mostrado, são os trigger e os
comandos a ser definidos em arquivos separados da automação e isso permite
que se pode usá-‐los mais vezes em diferentes automações. No caso queria-‐se
criar uma automação que permite desligar as luzes da residência e fechar as
cortinas cada vez que se liga a TV, precisa ter um cenário como este:
-‐trigger: TV turns on;
-‐command 1: turn off livingroom lights;
-‐ command 2: close rolling shutters;
Também é possível adicionar as condições dentro da reaction para verificar o
estado de um objecto antes de realizar a automação, permitindo assim de
aumentar a gama de controlo executada.
“WHEN TV turns on AND livingroom window is closed THEN turn off livingroom
lights AND close rolling shutters” permite de controlar o estado da janela depois
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que a Tv foi ligada. Se a operação der exito positivo então serão executados os
comandos associados.
No Udoobuntu, para fazer arrancar o Freedomotic precisa instalar primeiro o
pacote Java e usar codigos no Terminal para começar o Login. O interface grafico,
ou back-‐end, padrão do Freedomotic é este:
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
87
Para este projeto agradeço muito o Doutor Mauro Cicolella, o qual, alem de ser
um dos desenvolvedores deste Software incrivel, ajudou-‐me nas fases de
realização do meu projeto.
5.4 OPEN ENERGY MONITOR
Como vimos no capítulo dos Consumos da Casa, para ser
mais precisos na mediçoes da potência consumida,
devemos usar outro projeto Open-‐Source para a
monitorização da Energia.
Este projeto chama-‐se OpenEnergyMonitor, e ajudara-‐nos
em todas as partes de mediçoes da Energia que entra no Sistema Produçao
Energia, que sae de cada tomada da Casa, calculando em detalhe quanto estamos
a gastar e se depois um periodo definido podemos melhorar a parte do
Dimensionamento e da Eficiencia da Casa Off-‐Grid.
Temos aqui Também a parte Hardware e Software. Na primeira parte vamos
usar um shield que se adapta perfeitamente às entradas do UDOO que faz o
monitoramento de energia que esta a ser consumida e também da energia
proveniente das fontes renovaveis fazendo assim a gestão de energia através de
sensores de Hall não invasivos reduzindo a complexidade de construção do
quadro elétrico ao ser igual como se não estivessem lá.
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
88
O EmonTx Shield tem 4 canais e cada canal será ligado a um senosr de Hall, que
pode ser instalado nos cabos dos aparelhos, na parte terminal dos cabos das
tomadas, e para medir a energia produzida de fonte renovaveis, entre o
regulador de carga e as Baterias.
Na segunda parte, do Software, temos criado um sketch para "apanhar" os dados
que vem de cada canal/nó conectado a o sensor de Hall, e uma base de dados
para armazenar os resultados com a possibilidade de fazer consultas em
qualquer momento e Também
Shield EmonTx OEM Sensor de Hall
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
89
on-‐line.
Tudo foi instalado no Udoo, desfrutando da interface grafica disponível no site
EmonCms, onde criando um perfil se pode "falar" em tempo real com o nosso
dispositivo de monitorização atraves da rede Wi-‐Fi.
Assim podemos saber na maneira mais detalhada possível, quanta Energia
estamos a produzir e quanta Energia estamos a gastar melhorando de vez em vez
o nosso Sistema de Energias Renovaveis.
SKETCH EM C-‐WIRING:
#include "EmonLib.h"
EnergyMonitor ct1,ct2,ct3, ct4; -‐ Vários Canais Entradas-‐
const int LEDpin = 9;
void setup()
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
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{
Serial.begin(9600);
Serial.println("emonTX shield a iniciar");
//fator de calibração = racio de CT / resistencia = (100A/0.05A)/33
Ohms = 60.606 ct1.current(1, 60.606);
ct2.current(2,
60.606);
ct3.current(3,
60.606);
ct4.current(4,
60.606);
// ADC de entrada, calibração, desfasamento ct1.voltage(0, 300.6, 1.7);
ct2.voltage(0, 300.6, 1.7); ct3.voltage(0, 300.6, 1.7); ct4.voltage(0, 300.6,
1.7);
• // Indicador de LED
pinMode(LEDpin,
OUTPUT);
digitalWrite(LEDpin,
HIGH);
}
void loop()
{
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ct1.calcVI(20,2000);
ct2.calcVI(20,2000);
ct3.calcVI(20,2000);
ct4.calcVI(20,2000);
Serial.print(ct1.realPower);
Serial.print(" ");
Serial.print(ct2.realPower);
Serial.print(" ");
Serial.print(ct3.realPower);
Serial.print(" ");
Serial.print(ct4.realPower);
Serial.print(" ");
Serial.print(ct1.Vrms);
Serial.println();
delay(5000);
}
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
92
5.5 Controle em Remoto e Segurança
Controlar em remoto quer dizer ter a possibilidade de gerir e saber informaçoes
da nossa Casa em tempo real em qualquer parte do Mundo. Usar os nossos
Software de Domotica instalados no Udoo, fazer operaçoes com Freedomotic, ver
quanta energia estamos a gastar, se a temperatura da Casa esta confortavel, se
alguem esta a tentar roubar , tudo isso, sem ficar em casa, é possível e sem fios
com a conexão em Wi-‐Fi (802.11) e conectando dispositovos moveis a nossa
rede, a qual divide-‐se em dois:
-‐Rede Interna( Wi-‐Fi com Router);
-‐Rede Externa( Controle endereço localHost especifico da habitação com
Internet).
Na rede interna todos os componentes são ligados ao mesmo Router com vários
endereços IP. Estes endereços são como o nome e o sobrenome que o Router
reconhece para enviar e receber dados e distribuir as informaçoes.
Na rede externa vai ser a mesma coisa com a possibilidade atraves de Internet de
gerir de longe da casa e com qualquer dispositivos/SmartPhone que conseguem
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
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conectar-‐se. Podemos criar Também aplicativos em Android ou IOS para este
tipo de controle.
Software como Freedomotic, baseados em Java, para este procedimento usam
uma API, um conjunto de rotinas e padrões estabelecidos por um software para a
utilização das suas funcionalidades por aplicativos que não pretendem envolver-‐
se em detalhes da implementação do software, mas apenas usar seus serviços.
Wi-‐Fi (pronúncia em inglês /ˈwaɪfaɪ/) é uma marca registrada da Wi-‐Fi Alliance. É utilizada
por produtos certificados que pertencem à
classe de dispositivos de rede local sem fios
(WLAN) baseados no padrão IEEE 802.11. Por
causa do relacionamento íntimo com seu
padrão de mesmo nome, o termo Wi-‐Fi é usado
frequentemente como sinônimo para a tecnologia IEEE 802.11.
Para se conectar a uma rede Wi-‐Fi, um computador deve ser equipado com uma
interface de rede sem fio. A combinação de um computador com uma interface
controladora é chamada de "Estação". Todas as estações compartilham um único
canal de comunicação de rádio frequência. Transmissões neste canal são
recebidas por todas as estações dentro do alcance. O hardware não informa ao
usuário que a transmissão foi entregue e por isso é chamado de mecanismo de
entrega de melhor esforço. A onda portadora é usada para transmitir os dados
em pacotes, referidos como ethernet frames. Cada estação está constantemente
modificando o canal de comunicação de rádiofrequência para pegar
transmissões disponíveis. Um dispositivo habilitado para Wi-‐Fi pode se conectar
à Internet quando dentro do alcance de uma rede sem fio conectada à Internet. A
cobertura de um ou mais pontos de acesso interligados -‐ chamados hotspots -‐
podem se estender a partir de uma área tão pequena como um quarto a uma área
tão grande como muitas milhas quadradas. Cobertura para uma área maior pode
exigir um grupo de pontos de acesso com sobreposição de cobertura, utilizando
função de repetidora.
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-‐Sistema de Segurança-‐Alarme
Ao escolher uma solução de segurança para a sua casa, as opções são muitas, e os
equipamentos disponíveis variados.
Para quem pretende um alarme com videovigilância, as cameras IP são soluções
muito interessantes, tanto integradas num pacote completo, como
individualmente. A camera IP é um equipamento ligado à internet que lhe
permitirá poder observar uma determinada parte da sua casa, através de um
endereço IP, a que apenas você tem acesso. Existe uma grande variedade de
equipamentos deste género do mercado, sendo por isso importante conhecer as
características de algumas das melhores cameras IP, de modo a poder comparar
com outras opções.
De seguida poderá conhecer as características da camera IP VGA Hikvision, uma
das soluções de qualidade encontradas no mercado.
A camera IP VGA Hikvision é um equipamento que oferece um alto desempenho
na função de vigilância através de rede IP.
Esta camera IP possui um sensor CMOS, que permite assim a captação de
imagens de grande qualidade, em qualquer condição de luz. É por isso uma
solução muito versátil, já que é perfeita tanto no interior, como no exterior.
A camera IP VGA Hikvision oferece assim uma excelente imagem em locais como
garagens, estacionamento, estradas, jardim, prédio, vivendas, etc.
Além disso, a camera IP VGA Hikvision tem um filtro removível automático de
corte de infravermelho, o que permite transmitir a cores quando existe
iluminação suficiente, e a preto e branco, quando ela está ausente.
Neste equipamento tem ainda a opção de alojar um cartão SD/SDHC de 32 Gb.
Confira de seguida algumas das principais especificações da camera IP VGA
Camara IP VGA
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Hikvision
Resolução 640 x 480;
Sistema PAL;
Sensor CMOS 1/4’’;
Alimentação: 12 Vdc, podendo ainda PoE;
Luminosidade mínima requerida é de 0.01 Lux (P/B).
Dê a devida atenção a todas as características de uma camera IP, de modo a
comprar a mais adequada para o local que pretende vigiar.
A camera IP VGA Hikvision, devido às suas características, é uma excelente opção
para qualquer situação.
Portanto uma vez criado o Sistema de segurança, interligado ao nosso Udoo,
devemos so adicionar um Alarme gerido sempre pelo Freedomotic que nos
avisará se alguem entra quando não deveria na habitação.
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CAPÍTULO 6 -‐ RECICLAGEM E REAPROVEITAMENTO DE ÁGUAS CINZAS Neste Capítulo vemos como é possível reutilizar o lixo organico da nossa casa,
trasformando-‐o em adubo, os oleos em Biodiesel, e o reaproveitamento das
águas cinzas.
Para todo outro tipo de lixo, como papel, vidro, metalos, plastico, usam-‐se as
normais tecnicas de Reciclagem.
Devemos so aprender a dividir o lixo nas caixas especiais.
A reciclagem reduz, de forma importante, impacto sobre o
meio ambiente: diminui as retiradas de matéria-‐prima da
natureza, gera economia de água e energia e reduz a
disposição inadequada do lixo. Além disso, é fonte de renda
para os catadores.
A preservação do meio ambiente começa com pequenas
atitudes diárias, que fazem toda a diferença. Uma das mais importantes é a
reciclagem do lixo. As vantagens da separação do lixo doméstico ficam cada vez
mais evidentes. Além de aliviar os lixões e aterros sanitários, chegando até eles
apenas os rejeitos (restos de resíduos que não podem ser reaproveitáveis),
grande parte dos resíduos sólidos gerados em casa pode ser reaproveitada. A
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reciclagem economiza recursos naturais e gera renda para os catadores de lixo,
parte da população que depende dos resíduos sólidos descartados para
sobreviver.
6.1 Adubo ou Fertilizante
Transformar o lixo orgânico em adubo é uma opção para diminuir o volume de
resíduo destinado aos lixões, além de reduzir emissões que causam efeito estufa.
A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) prevê algumas metas
importantes para minimizar problemas ambientais, sociais e econômicos
provocados pelo manejo inadequado do lixo. O fechamento de lixões e a
construção ou a modernização de aterros são medidas do Estado que podem
melhorar a relação do brasileiro com seu lixo. No entanto, algumas mudanças de
hábitos também são contribuições importantes para o meio ambiente.
Quando o lixo é destinado de maneira incorreta e fica a céu aberto, pode ocorrer
contaminação de lençóis freáticos com chorume, emissão de gases do efeito
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98
estufa (que causam seu desequilíbrio) , como o gás metano (CH4 -‐ 20 vezes mais
prejudicial na atmosfera do que o CO2 ) e ainda atrai insetos e animais, que
podem transmitir doenças ao homem. Um grande parcela do volume de resíduos
produzido anualmente no país é lixo orgânico, que poderia ter um destino muito
mais correto do que um lixão.
A compostagem doméstica é uma das saídas para solucionar esse problema. Esse
método faz com que você tenha um local para reutilizar o lixo orgânico dentro de
casa, onde você irá tratá-‐lo para produzir adubo. Deixar o lixo em casa ainda é
um tabu para a maioria das pessoas, pois aprendemos que tudo que não é
necessário ou que não queremos mais deve ser jogado fora. No entanto, essa é
uma forma de minimizar de maneira sustentável os impactos ambientais do seu
consumo diário, ao diminuir volume de resíduos destinado aos lixões e aterros
(clique aqui e veja mais sobre como reduzir todos os tipos de lixo
doméstico). Existem duas maneiras de fazer isso: a vermicompostagem e a
compostagem seca.
A eCycle apresenta abaixo um passo-‐a-‐passo com a explicação do funcionamento
de cada um dos métodos de compostagem para desmistificar o processo e te
ajudar na escolha. Depois, basta colocar em prática essa atitude que une
sustentabilidade, tecnologia e consumo consciente de um modo simples e barato.
Vermicompostagem (minhocário)
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99
-‐Procedimento
O processo será realizado por microrganismos presentes no solo e acelerado por
minhocas, que irão se alimentar dos resíduos e transformá-‐los em húmus. Essa
população de minhocas pode aumentar ao longo do tempo (a quantidade inicial é
de 200 a 250), mas geralmente, de acordo com o espaço e a disponibilidade de
alimentos, elas mesmas fazem o controle. Algumas pessoas podem ficar com nojo
ou ter algum receio em ter tantas minhocas em casa, mas elas não saem das
caixas, não exalam cheiro e muito menos transmitem doenças (veja mais aqui).
Você também não precisa sair por aí procurando minhocas. Existem produtos no
mercado que vêm prontos para o uso, inclusive com as minhocas do tipo
californianas vermelhas, que se adequam melhor a esse fim.
Esse sistema de compostagem é formado por uma tampa, três ou mais caixas
empilháveis de plástico opaco (a quantidade depende da demanda familiar,
assim como a dimensão dos contêineres), sendo duas digestoras, com furos no
fundo, uma coletora para armazenar o chorume produzido no processo (é a que
forma a base da composteira). Calma! Esse resíduo não é aquele tão prejudicial
ao meio ambiente e produzido nos lixões. O chorume orgânico ou biológico é um
biofertilizante líquido, rico em nutrientes e sais minerais. Basta dilui-‐lo em água,
em uma proporção de 1/5 até 1/10, e borrifar nas folhas de sua horta caseira ou
das plantas de sua casa. Nos lixões, a origem do chorume é diversa, contendo
inclusive metais pesados, por isso é um contaminante do ecossistema.
-‐Manutenção
Supondo que você adquiriu uma composteira de três caixas, a de baixo será a que
acumulará o biochorume e a do meio e a de cima serão as digestoras. É no
compartimento do meio que as minhocas serão colocadas, tendo cerca de três
dedos de altura de húmus no local. A caixa de cima também terá a mesma
quantidade de húmus (mas sem nenhuma minhoca), enquanto a coletora de
biochorume ficará vazia.
A partir de então, coloque uma pequena quantidade de resíduo orgânico (saiba
aqui o que vai e o que não vai para a composteira) na caixa digestora
intermediária. O recomendado é alimentar a composteira todos os dias. Da
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100
primeira vez, deposite aproximadamente meio copo (100 mL) e aumente 50 mL
a cada quinze dias até atingir a quantidade de 1 L por dia. Os primeiros resíduos
não devem ser espalhados pela caixa, basta concentrá-‐los em uma parte e cobrir
com o dobro de volume de material seco (serragem de madeira virgem, palha,
folhas secas, grama seca) para as minhocas começarem os trabalhos.
Essa mistura de material orgânico (rico em carbono) com o material seco (rico
em nitrogênio) é importante para manter o pH do sistema, além de permitir uma
boa ventilação da mistura e de controlar a umidade. Se houver uma boa aeração,
o processo de decomposição será mais rápido e o húmus produzido terá melhor
qualidade.
Com o passar do tempo, a caixa digestora intermediária irá se encher de húmus,
chegando bem próxima à caixa de cima. A partir de então, as minhocas passarão
para o outro recipiente e você poderá repetir o processo, agora com a caixa
superior. Quando isso ocorrer, espere o processamento completo do húmus e a
migração total das minhocas para a caixa superior. Quando isso ocorrer, retire o
húmus da caixa intermediária e a inverta de posição com a que estava na parte
de cima (mais detalhes serão explicados no decorrer da matéria). Utilize o
húmus para fortificar suas plantas e repita o processo.
-‐Dicas
O excesso de água é um dos fatores mais prejudiciais, pois as minhocas têm
dificuldade de se locomover (em razão de o composto se tornar mais
escorregadio), além de afetar a aeração do sistema. Faça um teste simples: aperte
a mistura e verifique se há gotejamento de líquido. Se isso ocorrer, coloque mais
material seco, de preferência a serragem, e revolva a mistura para solucionar
esse problema.
Fique atento quando você colocar frutas nas caixa digestoras, como cascas de
banana e mamão. Elas são responsáveis, dependendo da regulação de umidade
do seu conjunto de caixas, pelo eventual aparecimento de mosquinhas de fruta,
da espécie Drosóphila. Elas são inofensivas, mas o problema é o incômodo que a
grande quantidade delas causa. Resíduos como cascas de frutas podem conter
ovos de moscas que eclodem quando inseridos na mistura. Não use qualquer tipo
de veneno para espantar esses insetos, pois eles podem afetar as minhocas.
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101
Regule a umidade. Se não resolver, faça um chá concentrado de capim limão e
borrife na mistura.
Também pode acontecer de algumas minhocas caírem na caixa coletora de
chorume e morrerem afogadas após um tempo, por não terem como subir de
volta à caixa digestora. A colocação de um pequeno pedaço de tijolo encostado
nas paredes da caixa pode solucionar o problema ao servir como uma escada.
É importante não deixar a vermicomposteira exposta ao sol e à chuva. Água e
calor no sistema podem provocar a fermentação da mistura, que eventualmente
irá exalar mau cheiro. Caso isso aconteça, retire a tampa por um tempo, remexa o
conteúdo, acrescente um pouco mais de material seco e não coloque novos
resíduos por dois dias.
-‐Minhocas
As minhocas também precisam de uma certa atenção. Respeite a dieta e as
limitações delas. Os restos de comida são geralmente bem aceitos, mas evite as
cascas de frutas cítricas, gordura animal, restos de alimentos salgados, cinzas de
churrasqueira, alho, cebola, fezes de animais domésticos, carne de qualquer
espécie, laticínios (em excesso), papel higiênico e madeira tratada com pesticidas
ou verniz (nem mesmo como material seco). A presença desses resíduos provoca
lentidão no processo, gerando problemas com pragas e até a morte das minhocas
(clique aqui e saiba o que fazer com o que não vai para a composteira).
Podem ser colocados na caixa digestora restos de alimentos cozidos, borra de
café (em pouca quantidade), erva-‐mate, saquinhos de chá, frutas, legumes, grãos,
sementes e casca de ovo. É recomendável picar esses materiais para facilitar e
acelerar a ação das minhocas. O papel marrom e o papelão também são bem-‐
vindos, mas sem exagero. As páginas de revistas e jornais (sobretudo as páginas
coloridas) são tratadas com cloro e têm muita tinta, por isso não é aconselhável
colocá-‐las na composteira. Saiba mais aqui o que fazer com resíduos que não vão
para a composteira.
-‐Húmus
Uma caixa digestora média (50cm x 35cm x 65cm), indicada para duas pessoas
pode receber cerca de 1 L de resíduos orgânicos por dia e deverá ficar
completamente cheia em um mês (como existem dimensionamentos diferentes
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de acordo com a demanda familiar, esse tempo pode variar de acordo com o
modelo do produto). Após esse período, retire o húmus da caixa do meio (veja
mais abaixo) e faça a troca de posição (a de cima vai para o meio e a do meio vai
para cima). Dessa forma, o processo continuará sendo realizado enquanto a
outra caixa coletora receberá os próximos resíduos. As minhocas migrarão pelos
buracos no fundo do compartimento para esse recipiente, após se alimentarem
de todo o material orgânico que havia sido depositado. Em aproximadamente
dois meses, você terá produzido húmus de minhoca em sua casa, além de ter
reciclado todo o lixo orgânico.
A retirada do húmus precisa ser cuidadosa para não machucar as minhocas. Ao
constatar que todo o alimento depositado na caixa virou uma terra úmida
marrom escura e homogênea, deixe a caixa exposta ao sol. Dessa forma as
minhocas irão fugir da luz migrando para o fundo, por isso que as caixas
precisam ser de plástico opaco. Essa movimentação ocorre em poucos minutos.
Em seguida, raspe o húmus com uma pá. Caso encontre mais minhocas, deixe
mais um tempo a luz e retome a retirada. Não se esqueça de deixar cerca de três
dedos de húmus no fundo para que a caixa receba novos os resíduos e também
as minhocas.
6.2 Biodiesel Caseiro
Nas aulas de Laboratório para a cadeira de Química dos Combustíveis, vimos
como é possível a partir de oleo reciclado de cozinha, produzir Biodiesel.
Muitos bares, restaurantes, hotéis e residências ainda deitam o óleo utilizado na
cozinha direto na rede de esgoto, desconhecendo os prejuízos dessa ação.
Independente do destino, esse produto prejudica o solo, a água, o ar e a vida de
muitos animais, inclusive o homem. Quando retido no encanamento, o óleo causa
entupimento das tubulações e faz com que seja necessária a aplicação de
diversos produtos químicos para a sua remoção. Se não existir um sistema de
tratamento de esgoto, o óleo acaba se espalhando na superfície dos rios e das
represas, contaminando a água e matando muitas espécies que vivem nesses
habitats.
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Dados apontam que com um litro de óleo é possível contaminar um milhão
de litros de água. Se acabar no solo, o líquido pode impermeabilizá-‐lo, o que
contribui com enchentes e alagamentos. Além disso, quando entra em processo
de decomposição, o óleo libera o gás metano que, além do mau cheiro, agrava o
efeito estufa.
Despejo correto de óleo
Para evitar que o óleo de cozinha usado seja lançado na rede de
esgoto, cidades, instituições e pessoas de todo o mundo têm criado métodos
para reciclar o produto. As possibilidades são muitas: produção de resina para
tintas, sabão, detergente, glicerina, ração para animais e até biodiesel.
Processo para Biodiesel: A transformação do óleo de cozinha em energia
renovável começa pela filtragem, que retira todo o resíduo deixado pela fritura.
Depois é removida toda a água misturada ao produto. A depender do óleo, ele
passará por uma purificação química que irá retirar os últimos resíduos. Esse
óleo "limpo" recebe então a adição de álcool e de uma substância catalisadora.
Colocado no reator e agitado a temperaturas específicas, ele se transforma em
biocombustível e após o refino pode ser usado em motores capacitados para
queimá-‐lo.
6.3 Reaproveitamento das águas cinzas
Água cinza para reúso é o efluente doméstico que não possui contribuição da
bacia sanitária e pia de cozinha, ou seja, as efluentes geradas pelo uso de
banheiras, chuveiros, lavatórios, máquinas de lavar roupas.
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A reutilização de águas cinzas tratadas em residências contribui reduzindo o
consumo residencial de água potável, reduzindo também o volume de
contaminantes do solo e dos corpos d’água. Em alguns casos, principalmente em
edificações grandes, a prática do reúso apresenta-‐se como uma alternativa mais
atrativa, em termos econômicos, do que a utilização de águas pluviais. Para o
sistema de reúso alguns cuidados básicos merecem destaque:
a) o sistema hidráulico deve ser identificado e totalmente independente do
sistema de abastecimento de água potável;
b) todos os pontos de acesso à água de reúso devem ter acesso restrito, e devem
ser identificados adequadamente;
c) as pessoas que trabalharem em atividades inerentes ao sistema de reúso
devem receber instruções;
d) os reservatórios de armazenamento devem ser específicos.
Basicamente, o sistema necessário para o aproveitamento desses efluentes
constitui-‐se, segundo May e Hespanhol (2006, p. 4), de:
a) coletores: um sistema de condutores, tanto verticais como horizontais, que
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possibilite o transporte do efluente do chuveiro, do lavatório e da máquina de
lavar, até o sistema de armazenamento;
b) armazenamento: composto por um ou mais reservatórios que irão armazenar
o conteúdo proveniente dos coletores;
c) tratamento: esse dependerá da qualidade que a água coletada deverá receber,
para atender às necessidades do seu destino.
O sistema de coleta e uso de águas cinzas está associado aos seguintes itens:
a) verificação dos pontos de coleta e pontos de uso;
b) levantamento das vazões disponíveis;
c) dimensionamento do sistema que captará e transportará os efluentes;
d) dimensionamento do reservatório que abrigará as águas;
e) definição do tratamento que será necessário, relacionado ao uso que a água
terá;
f) tratamento da água;
g) dimensionamento do sistema de distribuição do efluente já tratado.
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Descrição do Sistema:
a) o RSP (reservatório superior de água potável) recebe água potável, a
armazena e depois atende a lavatórios e chuveiros;
b) o efluente proveniente desses aparelhos é então encaminhado à EACB
(elevatória de água cinza bruta);
c) a água cinza é bombeada para a estação de tratamento, no primeiro momento
ela passa pelo RAC (reator anaeróbio compartimentado), onde acontecem
reações de estabilização de MO (matéria orgânica) e sedimentação; ainda no
RAC, ocorre a digestão anaeróbia do lodo aeróbio e do lodo terciário que são
recirculados, do decantador e do filtro terciário respetivamente;
d) segue para o FBAS (filtro biológico aerado submerso);
e) passa pelo DEC (decantador secundário);
f) em sequência pelo FT (filtro terciário);
g) saída da estação de tratamento, a água cinza vai para a desinfeção, que ocorria
dentro da EACT (elevatória de água cinza tratada);
h) agora clorada, a água pronta para ser reutilizada é bombeada para o RSR
(reservatório superior de água de reúso), e daí distribuída para os vasos
sanitários e para os mictórios.
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TRATAMENTO DE ÁGUAS CINZAS
Os efluentes que terão como destino algum reúso, devem passar por um
tratamento, para que possam atender às expectativas dos usuários e
principalmente para que não comprometam a
saúde desses. Visto isso, alternativas de tratamento devem ser estudadas.
a) primeiramente deve passar por um dos dois tratamentos abaixo,
-‐ sistema físico-‐químico: coagulação, floculação e decantação ou flotação;
-‐ sistema aeróbio de tratamento biológico de lodos ativados;
b) sistema físico: sedimentação e filtração simples através de decantador e filtro
de areia;
c) processo de desinfeção;
d) por fim, caso seja necessário, executar a correção do pH.
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CAPÍTULO 7 – CONCLUSÕES E MELHORIAS O último capítulo deste relatório tratará as conclusões e as discussoes sobre a
possível realização deste projeto e como cada Sistema que faz parte poderá ser
melhorado graças as novas tecnologias e pesquisas que melhorarão sempre mais
os componentes e os aparelhos.
A innovação por natureza cresce, e crescendo substituirá as partes que não
garantirão mais performances competitivas.
Eficiência, rendimento, dimensoes, duração, todos fatores que serão sempre em
melhoria continua.
Em uma area como as Energias Renováveis, onde os aparelhos são dependentes
a estas mudanças, precisamos de substituir a maioria dos componentes dos
vários Sistemas, sobretudo para o Custo que hoje em dia não é muito acessível.
Em todo relatório não falamos dos custos porque sendo um projeto de uma Casa
padrão, não é possível ter cifras específicas e iremos a enfrentar outra questão
sobre tipologias de Mercados Estrangeiros e Local para as importaçoes dos
aparelhos, não sempre disponiveis e "vendaveis" para as leis nacionais.
Os custos de realização são mesmo um dos problemas principais pela realização
deste projeto e para o uso das Energias Renováveis em geral, o que significa que
para agora a maioria dos usuarios convem o refornicimento pela Rede Pública.
Para a produção da água por exemplo seria um grande gasto de Energia a
alimentação do nosso "Compluvium do Mar"; para garantir energia elétrica na
Casa, as Pilhas de Combustível de Hidrogénio hoje são muito caras, alem das
outras partes como o aerogerador, os paneis fotovoltaicos, as baterias que já têm
custos não propriamente acessíveis a todos.
O discurso seria portanto sobre os investimentos em Centrais de Energias
Renováveis as quais garantiriam a necessidade Energética a uma Comunidade
inteira, adotando uma visão de "Produção Energética Compartilhada".
Cada usuário desta Smart-‐Grid iria alimentar as centrais núcleos aumentando a
produção e tendo a garantia para a nossa Potência Diária estabelecida.
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Investir portanto sobre centrais com esta tipologia, como as centrais
Hidroelétricas, levaria o preço da Energia quase a zero, mas é melhor não
continuar com este assunto para não cair em discursos de ideais politicos
pessoais.
Voltando as melhorias, vemos agora como um material de nova geração pode
ajudar-‐nos em melhorar os vários componentes, como um projeto Open-‐Source
pode aumentar as interconexões da casa entre um aparelho eletrónico e outro,
como viver perto da costa pode desfrutar a energia das Ondas e convertir-‐la em
Energia Elétrica, como novas tecnologias que desfrutam a Geotermia estão a
investigar em novos tipo de sistemas ar/ar para a climatização da Casa e o AQS.
Ou como Também dividir a rede elétrica em 2 redes distintas (AC 230V e DC 48V
das baterias) poderia optimizar o consumo de energia para a Iluminação e os
aparelhos eletricos.
7.1 Grafeno
O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante, a
grafite, os nanotubos de carbono e fulerenos. O grafeno de alta qualidade é muito
forte, leve, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade. É o
material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos
de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões.1 É um
ingrediente para materiais de grafite de outras
dimensões, como fulerenos 0D, nanotubos 1D ou
grafite 3D.
O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono
em ligação sp2 densamente compactados e com
espessura de apenas um átomo, reunidos em uma
estrutura cristalina hexagonal. O nome vem de
grafite + -‐eno; o grafite em si consiste de múltiplas
folhas arranjadas uma sobre a outra.
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O grafeno sem dúvida irá ser o material do futuro. Entre as características, que
fazem do grafeno um material barato e versátil no campo da energia, está a
espessura fina, flexibilidade e grande estabilidade. A extensão de um grama de
grafeno pode ser de até 2600 metros quadrados, tornando possível armazenar
grandes quantidades de energia em um pequeno espaço.
O Grafeno pode ser utilizado em diferentes sectores. A indústria automobilística,
por exemplo, pode usá-‐lo para produzir baterias mais eficientes para carros
elétricos aumentando a autonomia de veículos de emissão zero, enquanto a
indústria fotovoltaica será capaz de usá-‐lo para produzir células solares mais
flexíveis, resistentes e mais produtivos.
Aplicações de grafeno não param por aí, e vão do armazenamento de hidrogênio
para os supercapacitores, dispositivos para o acúmulo e liberação de energia.
Também no domínio da energia fotovoltaica o tempo ainda não está maduro
para o grafeno por causa do preço do silício, muito mais competitivo, e a baixa
eficiência das células solares baseadas em materiais bidimensionais.
O Grafeno, no entanto, devido à sua versatilidade, permite aumentar o alcance
das células solares, transformando vidro, janelas e toda as superfícies em um
painel fotovoltaico transparente ou colorido, algo impensável com a tecnologia
de hoje com base em silício. No futuro, para reduzir as emissões no consumo de
energia e reduzir os custos na dependência dos combustíveis fósseis, temos de
concentrar-‐se nesses novos materiais para ampliar o leque de aplicações dos
painéis.
No caso de hidrogénio, os semicondutores bidimensionais combinados com o
grafeno poderiam dar vida para recipientes semelhantes a esponjas, capazes de
separar as moléculas, de forma eficaz o armazenamento do gás e impedir a
explosão durante o transporte.
No caso de células fotovoltaicas, por exemplo, é possível combinar os materiais
com uma elevada capacidade de absorver a luz em materiais capazes de
armazenar a energia mais eficientemente.
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111
7.1.1 Grafeno nas Pilhas de Combustível -‐ Hidrogenio. O grafeno consegue diminuir os custos das FuelCell substituindo o platina. Usar o
grafeno em vez de platina na implementação das células de combustível seria um
benefício econômico, dada a considerável diferença de preços dos dois materiais.
Uma modificação que teria sido obtida através da aplicação de um material
híbrido, plaquetas em nanoescala auto-‐montados, tratáveis depois com azoto e
boro, seria obtida por fusão para os pontos GQD a folhas finas de óxido de
grafeno.
Uma combinação que iria oferecer vantagens em relação à platina, ao mesmo
tempo, para além da vantagem económica considerável.
7.1.2 Celulas Solares: Grafeno e Litio melhoram a eficiência Para as células solares flexíveis e transparentes, o grafeno Também contribuirá
nas melhorias. Cientistas da Universidade de Maryland Centro de Pesquisa de
Energia da Universidade de Monash, na Austrália desenvolveram uma folha de
grafite transparente e altamente condutora usando o lítio.
O protótipo obtido tem características ideais para aplicação em células solares
transparentes, displays flexíveis para energia fotovoltaica e dispositivos
touchscreen.
Aumentando a transmitância de folhas de grafite leve e uma inserção de lítio
entre as camadas de grafeno, vamos ter mais condutividade.
A bateria fornece elétrones para o grafeno, melhorando a sua condutividade.
Surpreendentemente, além disso, ao contrário de muitos outros materiais, os
elétrones fazem a grafite adicional mais transparente, devido a um determinado
efeito da mecânica quântica.
No final, os cientistas têm um pedaço de grafite ultra-‐fino capaz de transmitir
91,7% da luz visível e uma resistividade de superfície de apenas 3 Ohm / Sq, o
mais alto desempenho já alcançado até agora para a tecnologia de filme fino.
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112
7.1.3 Membranas de Grafeno para a dissalação da água do Mar Entre as muitas propriedades do grafeno podemos acrescentar uma muito
importante, ou seja para a dessalinização da água do mar para recuperar a água
potável. Este é um processo muito discutido atualmente, por causa dos custos envolvidos,
também em termos de energia, é, portanto, considerado insustentável. Com o
grafeno, no entanto, as coisas podem mudar com o seu potêncial e podemos usá-‐
lo como uma membrana para o processo de osmose inversa.
Os métodos actualmente utilizados para a desalinização de água são destilação e
osmose inversa. Na destilação uma mistura é aquecida até a extração de
componentes voláteis a partir do vapor, que se condensa. Ela exige uma grande
quantidade de energia.
Na osmose inversa em vez força-‐se o fluxo de um fluido através de uma
membrana porosa, no lado em que tem uma maior concentração de sal para
outra em que é inferior. Também aqui é necessária uma quantidade considerável
de energia, mesmo que menor do que a necessária para a destilação.
Normalmente, as membranas utilizadas para osmose inversa são do tipo
polimérico. É um filtro fino colocado sobre um suporte. A membrana mais fina e
porosa é, maior será o fluxo de água e, assim, a membrana pode ter uma
superfície menor.
Os investigadores usaram folhas de grafeno da espessura de um átomo para
criar novas membranas, que resultaram ser muitos eficientes, trabalhando bem
na captação das moleculas de água.
7.2 Internet das Coisas -‐ Casa Jasmina
A Internet das coisas (inglês: Internet of Things) é, em certa medida, fruto do
trabalho desenvolvido pelo MIT Auto-‐ID Laboratory, recorrendo ao uso do RFID
e Wireless Sensor Networks. O objetivo foi, desde o início, criar um sistema
global de registro de bens usando um sistema de numeração único chamado
Electronic Product Code. A Internet das coisas é uma revolução tecnológica que
representa o futuro da computação e da comunicação e cujo desenvolvimento
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depende da inovação técnica dinâmica em campos tão importantes como os
sensores wireless e a nanotecnologia.
Primeiro, para ligar os objetos e aparelhos do dia-‐a-‐dia a grandes bases de dados
e redes e à rede das redes, a Internet, é necessário um sistema eficiente de
identificação. Só desta forma se torna possível coligir e registrar os dados sobre
cada uma das coisas. A identificação por rádio frequência RFID oferece esta
funcionalidade. Segundo, o registro de dados beneficiará da capacidade de
detectar mudanças na qualidade física das coisas usando as tecnologias
sensoriais (sensor technologies). A inteligência própria de cada objecto aumenta
o poder da rede de devolver a informação processada para diferentes pontos.
Finalmente, os avanços ao nível da miniaturização e da nanotecnologia
significam que cada vez mais pequenos objectos terão a capacidade de interagir e
se conectar. A combinação destes desenvolvimentos criará uma Internet das
Coisas (Internet of Things) que liga os objectos do mundo de um modo sensorial
e inteligente. Assim, com os benefícios da informação integrada, os produtos
industriais e os objectos de uso diário poderão vir a ter identidades electrónicas
ou poderão ser equipados com sensores que detectam mudanças físicas à sua
volta. Até mesmo partículas de pó poderão ser etiquetadas e colocadas na rede.
Estas mudanças transformarão objectos estáticos em coisas novas e dinâmicas,
misturando inteligência ao meio e estimulando a criação de produtos inovadores
e novos serviços. A tecnologia RFID que usa frequências de rádio para identificar
os produtos é vista como potênciadora da Internet das Coisas. Embora algumas
vezes identificada como a sucessora dos códigos de barras os sistemas RFID
oferecem para além da identificação de objectos informações importantes sobre
o seu estado e localização.
Estes sistemas foram primeiramente usados na indústria farmacêutica, em
grandes armazéns e na saúde. As mais recentes aplicações vão dos desportos e
actividades de tempos livres à segurança pessoal. Etiquetas (também chamadas
de "tags") RFID estão a ser implantados debaixo da pele humana para fins
médicos e também em passaportes e cartas de condução. Leitores RFID estão
também a ser incluídos em telemóveis.
Para além do RFID, a capacidade de detectar mudanças no estado físico das
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coisas é também essencial para registar mudanças no meio ambiente. Por
exemplo os sensores usados numa peça de vestuário inteligente podem registrar
as mudanças de temperatura no exterior e ajustar-‐se de acordo com elas.
Perspectiva-‐se um futuro em que poderemos usar roupa inteligente que se
adapta às características da temperatura ambiente, a passagem por um sensor
irá indicar-‐nos qual a manutenção que o nosso carro necessita, poderemos usar
os óculos de sol para receber uma chamada vídeo e os cuidados médicos poderão
ser prestados antecipadamente, graças a diagnósticos mais eficientes e rápidos.
Um exemplo de Internet das Coisas pode-‐se ver em Turim, onde foi estruturada
uma habitação, "Casa Jasmina", que tem aparelhos eletricos interligados e que
comunicam entre eles.
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7.3 Energias das Ondas
Se temos a possibilidade de estar perto da costa, para a construção da Casa, alem
de desfrutar a dissalação para a água potavel, podemos recavar energia a partir
das Ondas.
As ondas são formadas pela força do vento sobre a água e o tamanho das ondas varia com a velocidade do vento, da sua duração e da sua distância da água da qual o vento faz força. O movimento da água que resulta da força do vento transporta energia cinética que pode ser aproveitada por dispositivos próprios para a captação dessa energia, chamada energia das ondas. Além da energia gerada pelo movimento da água que gera ondas e das quais resulta energia cinética, existe também a energia das marés que resulta da deslocação da água do mar, ou seja, com as variações de marés e ainda existe a energia térmica dos oceanos que apesar de ser menos falada não deixa de ser importante. Actualmente utiliza-‐se o movimento de subida/descida da onda para dar potência a um êmbolo que se movo de cima para baixo num cilindro, o êmbolo pode por um gerador a funcionar.
A Energia das ondas é de dois tipos: Cinetica (EK) e Potêncial (EP)
Energia Total (ET) = EK + EP
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EK = !"!!!
!" onde !=densidade;
H=altura;
!=comprimento;
g=gravidade
Medição das ondas: depende do tipo de Vento.
Apenas entrar no Sistema, as ondas passam pelo Módulo de Potência.
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Os tipos de Sistemas para obter Energia das ondas são :
NEARSHORE
e ONSHORE
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CONCLUSÕES
Realizamos uma maquete para mostrar a maioria dos
Sistemas que irão compor a Nossa Casa, graças a ajuda
duma Empresa que faz mobiliarias em Papelão Reciclado
(filosofia em comum). A empresa chama-‐se MO.CA. do meu amigo Jorge Sá que
agradeço muito pela ajuda em realizar esta maqueta.
Sempre pela relização da maqueta um obrigado ao meu amigo Carlos Ribeiro,
pela supervisão geral.
Criamos portanto uma especie de Manual que permite de ter a disposição uma
Casa Inovadora que reflete o Estado da Arte em tecnologias de Energias
Renovaveis e Controle Automatizado, sem espesas de Consumos de uma Rede
Elétrica, auto -‐suficiente 100%, capaz de autoalimentar-‐se seguindo o princípio
do ciclo natural, como as plantas.
"HEIMA... a natureza que nos faz sentir em CASA"
Francesco Campoli
JULHO 2015
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
119
BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA
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Research Center, 2011
ESTG – IPVC HEIMA | Francesco Campoli | ESER
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13. CasaJasmina http://casajasmina.arduino.cc/
14. FREEDOMOTIC http://freedomotic.sednet.it/; http://freedomotic.com/
15. IPVC http://elearning.ipvc.pt/ipvc2014/
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