Implementado um Painel Solar - Simplificado - Parte 1

Prezados amigos essa semana chegou o meu primeiro painel solar que pretendo instalar na minha casa nos próximos meses. Hoje pretendo comentar o que me levou a comprar de fato um painel solar.

Bom nesses últimos meses a conta de luz tem aumentado substancialmente. Quem acompanhou varias concessionares de energia pela metade de 2018 tiveram seus ajustes deferidos pela ANEEL. e pasmem, no Rio de de mais de 20%!

Contas de luz de clientes da Enel, no RJ, terão alta média de 21,04%

Hoje muito se tem falado sobre a implementação de painéis solares e geradores eólicos. Quando eu era mais novo isso ainda era um sonho distante mas hoje as empresas tentam vender isso como uma realidade plausível.

Penso assim fiz uma pesquisa na Internet afim de avaliar as possibilidades de instalação de um sistema solar na minha casa. Ainda fiquei mais animado com o financiamento do BNDES para pessoas físicas instalarem painéis solares em casa.

BNDES muda regra e pessoas físicas podem investir em energia solar

Parece bem animador neh? Pois é bom de mais para ser verdade. A instalação em si do sistema através do fundo, procurei em alguns bancos (Santander, Itaú e Banco do Brasil). No Santander consegui um resposta melhor sobre o fundo mas exigia um projeto completo por uma pessoa credenciada que seria submetido a avaliação pelo banco para financiamiento da implementação do sistema solar. Bom eu talvez conseguisse fazer esse projeto.

Além disso para um sistema On-Grid seria necessário entrar em contato com a Enel - concessionária local - sobre a implementação a qual também fez varias exigências além é claro de ser super difícil encontrar a pessoa responsável por esse departamento se é que podemos chamar assim.

A solução que optei foi pela solução parcial.

Dados do Sistema

Na minha casa tem um consumo de 150 kmh/mês isso é bem pouco e mostra o desinteresse tanto dos bancos como da distribuidora em permitir a instalação de um sistema On-Grid de geração.

Entres as cargas tenho um chuveiro elétrico, uma bomba e dois aparelhos de ar condicionado. Isso totaliza uma potência instala de 10 kW.

Analisando bem o consumo consegui dividir assim o consumo mensal.

10 % - Ar Condicionado

20 % - Chuveiro

15% - Iluminação

20 % - Geladeira 

30 % - Iluminação Externa e Sistema de Vigilância e Internet. 

Como eu tenho uma iluminação externa que fica ligada a noite toda junto com um sistema de câmeras de vigilância e mais alguns aparelhos isso tudo soma uma conta de 30% do meu consumo, cerca de 50 kwh/mês.

Todos esses dispositivos podem ser alimentados a partir de uma alimentação em 12 Vcc de uma bateria o que é muito interessante porque não precisaria passar corrente alternada.

Preços

Antes de chegar a conclusão acima procurei antes os preços dos sistemas:

Conjunto On-Grid para atender 150 kwh - ~ 4 painéis de 280W - R$ 4.500,00

Conjunto Off-Grid para atender 150 kwh/mês - ~ 5 painéis de 275W + baterias - R$ 10.900,00

Para atender as cargas de 12V, 50kwh/mês, seria necessário apenas um painel uma bateria e um inversor. Isso saí por apenas R$ 611,00. Foi exatamente isso que comprei, um painel de 150Wp, um controlador de carga e uma bateria.

A medida que for instalando o sistema e tendo resultados compartilharei aqui no blog. Abraços.

Sistema de Irrigação Doméstica Utilizando Netduino - Parte 3

Continuando o projeto do sistema de irrigação para o jardim chegamos na fase de realizar alguns testes para definir a estratégia de configuração da lógica, especialmente no que se trata da lógica liga a iluminação do sol.

Os horários mais propícios para irrigação são: ao final do dia e no inicio da manhã quando o sol ainda não está tão quente. No Rio de Janeiro não é diferente, irrigar as plantas ao sol do meio dia pode ser um grande erro e acabar por acabar com a minha horta e todo o meu jardim.

Pensando assim é fundamental determinar algumas situações:

1. Determinar o melhor horário para realizar a irrigação;
2. Determinar se é necessário realizar a irrigação;
3. Por quanto tempo realizar a irrigação;

Peguei muitas dicas sobre a horta no site: http://comofazerumahorta.com.br/irrigacao/

Essas três perguntas devem ser respondidas em um código implementado, seguindo vou detalhar cada uma e as experiências que fiz para determinar o processo lógico de controle.

Determinado o horário de irrigação

O horário de irrigação é composto por duas variáveis: sol + calor, o primeiro passo é determinar o sol, exatamente o momento em que o sol se põe, para isso utilizaremos um sensor LDR, este sensor eu conectei com um divisor resistivo e estudei o comportamento da exposição do sensor ao sol durante alguns dias amostrando em 30 segundos e salvando no cartão microSD

A análise não é muito complexa, note que as variações são grandes e regulares, devido a Lua é possível que nos ciclos de 20 em 20 dias o valor minimo e máximo tenham variações, Os parâmetros são 0,25 pu e 0,75 pu. em uma janela de 1 a 2 horas deve ter uma variação estável de um inicial superior a 0,75 pu para um valor válido menor que 0,25 em uma sequência estável de queda contínua.

Determinando o momento exato da troca de que se considera dia e de quando se estabelece a noite podemos montar um schmitt trigger completo. Como esse é um código reaproveitável resolvi fazer um biblioteca com uma lógica em C# específica para tratar os sensores analógicos como um comparador de banda schmitt trigger.

using System;
using System.Threading;
using Microsoft.SPOT;
using Microsoft.SPOT.Hardware;


namespace Customization.Analog
{

    public class SchmittTrigger
    {
        public Microsoft.SPOT.Hardware.AnalogInput _AnalogInputPin;

        public double _OnValue;
        public double _OffValue;
        public int CycleOn;
        public int CycleOff;

        public int CountOn;
        public int CountOff;

        public SchmittTrigger(Microsoft.SPOT.Hardware.AnalogInput AnalogInputPin, double OnValue, int TimeOn, double OffValue, int TimeOff, int InterruptTime = 1)
        {
            _AnalogInputPin = AnalogInputPin;
            
            _OnValue = OnValue;
            _OffValue = OffValue;

            CycleOn = TimeOn / InterruptTime;
            CycleOff = TimeOff / InterruptTime;


        }

        public void ProcessAnalogSignal(object o)
        {
           double value = _AnalogInputPin.Read();

           if (value >= _OnValue)
           {
               CountOn++;
               CountOff = 0;
           }
           else if (value <= _OffValue)
           {
               CountOff++;
               CountOn = 0;
           }
           else
           {
               CountOn = 0;
               CountOff = 0;
           }

           if (CountOn > CycleOn)
           {
               On = true;
               Off = false;

               CountOn--;
               return;
           }

           if (CountOff > CycleOff)
           {
               Off = true;
               On = false;

               CountOff--;
               return;
           }

           On = false;
           Off = false;
        }
        public bool On = false;

        public bool Off = false;  
    }
}

Notadamente a classe é bem simples, na declaração associasse o canal A/D, os patamares de ativação e desativação e os ciclos de ativação e desativação.

Para função funcionar corretamente periodicamente  deve-se chamar a função ProcessAnalogSignal(). Essa função faz a leitura do A/D e a contagem dos ciclos para resumir a ativação e a desativação do sinal.

O que é interessante é que através dessa função é possível sintetizar toda a complexidade de um sinal analógico em um sinal digital que identifica se há luz ou não.

myGardenLdr = new Customization.Analog.SchmittTriggerInv(AnalogLDR, 0.7, 6, 0.2, 6);

Então, para ler o sensor LDR fiz uma função invertida em que o valor é lido em p.u. do valor absoluto do A/D. Se maior que 0.7 durante 6 ciclos é considerado "Ligado", o sensor está iluminado e é dia, o valor permanece assim até que o sensor atinga um valor inferior a 0.2 durante 6 cilos onde se concluí que é noite.

Estabelecido o processo de leitura do sensor trata-se do método de irrigação.

Método de Irrigação

O método pelo qual vai ser realizada a ativação da saída é o modos operante do sistema de irrigação. Pelos estudos e pelas experiências o melhor efeito é quando a irrigação é feita pelo menos uma vez por dia e no inicio da manhã. A irrigação no fim da tarde e a noite não tem um efeito desejado principalmente porque as plantas passam por um período de stress hídrico durante o dia e a noite, onde não é feita fotossíntese, a planta recebe água o que favorece a proliferação de pulgões, cochonilhas e fungos no geral. 

Por esse motivo a marcação de dia é tão importante, o objetivo principal é irrigar pela manhã com um volume de água suficiente para infiltrar até as raízes das plantas sem causar encharcamento do solo.  Fiz muitas experiências de tempo de irrigação e cheguei a conclusão que 20 minutos é suficiente para os meus vasos de plantas.

Depois de algumas semanas de teste observei que pela metade da tarde, devido ao sol intenso  o solo acabava sendo seco e isso prejudicava muito o desenvolvimento das plantas. 

Estudo mais afundo o tema, concluí que o ideal é que ocorra regas constantes principalmente nos dias com exposição mais intensa ao sol. nestes casos pequenas regas que mantenham o solo superficialmente úmido preservando a temperatura da terra nos vasos. No geral, o ideal é que a planta tenha exposição plena ao sol na sua fase de maturação e que tenha água em quantidade tal que a terra sempre fique levemente úmida.

Por outro lado, nos dias em que ocorre chuva a chuva pode estar associada ao clima mais frio mas não diretamente ligada a exposição ao sol.

Solução

A solução para conseguir ter resultados mais satisfatórios foi incluir um sensor de temperatura nessa mesma filosofia do LDR com um schmitt trigger. Então, incluí um PT100 dentro da própria caixa do sensor.

Tive que observar algumas semanas de operação para verificar a que nível chegavam as temperaturas num dia quente em um dia frio a fim de estabelecer um critério de ativação de dois modos de irrigação ao longo do dia.

A ideia é que para um dia normal ocorra irrigação de duas em duas horas após a inicialização do sistema, irrigação de 20 minutos, ocorra irrigações de 7 minutos afim de manter o solo úmido.

Para fazer essas ativações baseadas em tempo resolvi criar algumas funções de contagem de tempo em ciclos chamas de TON - Time do go On e TP - Time Pulse. Com essas funções fica bem mais fácil na lógica final de ativação.

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CÓDIGO COMPLETO - Download

Medindo o nível de líquidos com Transmissores Hidrostáticos

A medição de nível de líquidos usando um sensor de transmissor de nível hidrostático é cada vez mais comum especialmente para sistemas de vigilâncias de represas e reservatórios. esse artigo é um resmo do que hoje pode ser feito em termos de especificação e instalação de sensores desse tipo para as mais variadas aplicações.

A importância da medição hidrostática

A medição de nível tem visto mudanças consideráveis nas últimas décadas - desde medições de nível puramente mecânicas até sensores eletrônicos complexos usando vários princípios de medição atuando conjuntamente para uma precisão extrema. O grande número de tecnologias diferentes para medir o nível (cito algumas como hidrostática, magnetoresistivity, radar, ultra-som, óptico e etc) oferece hoje ao usuário a possibilidade de escolher a tecnologia de sensor mais adequada para sua aplicação individual.

Mas como já disse em outros artigos, a confiabilidade está sempre em coisas que são utilizadas com muita frequência. Quando me perguntaram porque eu comprei um celular que já estava obsoleto e que todos já tiveram o Galaxy I da Samsung eu respondi simplesmente porque todos os erros grandes já tinham sido superados nesse ultimo aparelho da linha. Tecnologias novas são muito sujeitas a falhas e em mercados mais conservadores onde se precisa de confiabilidade como na indústria a robustez vale muito mais do que a tecnologia.

Na medição contínua do nível, a pressão hidrostática (pressão da coluna do líquido) é o princípio de medição mais usado por sua robustez e confiabilidade.

O princípio de medição

Os sensores de pressão hidrostática são utilizados para a medição do nível o que chamamos de coluna de liquido. A medição da pressão hidrostática é adequada para medição de nível devido ao efeito hidrostático de fluidos que não fluem, ou seja, fluidos que estão armazenados sem muitas perturbações significativas. Este princípio físico descreve o efeito da força de peso de um líquido estacionário, geralmente descrita como "pressão hidrostática".

Independentemente da forma e do volume de um recipiente, a pressão hidrostática no ponto de medição de um tanque ou recipiente é proporcional apenas à altura de enchimento.

A variação do volume ou peso de um líquido com alteração de altura, a pressão hidrostática no ponto de medição é apenas proporcional à altura de enchimento absoluta e não à quantidade de enchimento. Essa característica transmite uma grande robustez na medição do nível do liquido.

Um líquido estático gera, através da sua densidade específica e gravidade, uma força peso proporcionalmente correspondente com a altura de enchimento. Consequentemente, a pressão hidrostática representa uma medida direta do nível de enchimento ou do grau de enchimento de um tanque ou recipiente.

Medição em reservatórios abertos para atmosfera

Na medição do nível hidrostático em reservatórios abertos também conhecidos na literatura inglesa como recipientes abertos ou ventilados (em que o ar que completa o reservatório está livre de qualquer sob ou sub pressão), ocorre uma compensação de pressão contínua do ar ambiente com a fase gasosa acima do líquido. Assim, a pressão ambiente que atua sobre o meio como uma "força" adicional sempre se assemelha à pressão ambiente que atua sobre todo o sistema, incluindo o sensor de nível.

O instrumento em si, o sensor de pressão, trata-se de uma célula de medição de pressão relativa comparando a um lado a  pressão ambiente na superfície do líquido com pressão correspondente a uma determinada altura de liquido.

O valor efetivamente medido pelo liquido seira dado pela relação:

h = p / (pho  * g)

p = pressão hidrostática do liquido [bar (msi)]pho = densidade do liquido [kg/m³] 

g = aceleração da gravidade média para a  [m/s²]
h = altura da coluna de liquido [m] 

Tipos de sensores de nível hidrostáticos 

Existem basicamente três subtipos de sensores de medição hidrostática: tipo transmissores de pressão convencionais, transmissores de pressão de processo e transmissores de pressão submersíveis, disponíveis em variantes de pressão relativa, absoluta e diferencial.

Os transmissores de pressão convencionais são os mais utilizados, devido à sua ampla utilização em várias indústrias, principalmente sem a necessidade de requisitos especiais sobre a tecnologia de medição (como escalabilidade da faixa de medição ou linearização integrada do tanque). Em termos práticos, um sensor de pressão absoluta instalado em uma posição inferior de um tanque tem precisão suficiente para com 2 amostras do tanque cheio e vazio traçar uma linearização entre os valores apresentados pelo sensor em termos de pressão e a altura equivalente do liquido do tanque com uma relação satisfatória.

O melhor desses sensores é sua robustez e sua relação preço/desempenho. São simples de instalar e operar, rápidos e disponíveis com uma faixa de precisão grande o que não necessariamente vai se refletir numa boa utilização para medição do nível. Outra vantagem a se destacar é que para um sistema hidráulico por exemplo onde se usa diversos sensores de pressão utilizar um sensor de pressão este representa mais um elemento entre iguais podendo em certos casos ser intercambiável com outros do mesmo sistema . 

Os transmissores de pressão de processo, no entanto, são utilizados principalmente em aplicações com exigências especiais na tecnologia de medição (como sinais de barramento, escalabilidade da faixa de medição, linearização integrada do tanque, etc.). Trata-se de um sensor integrado com um modulo de pré-processamento isso facilita a integração desse sensor com sistemas DCS limitados em processamento ou onde não quer se exigir lógicas de processamento complexa, geralmente bem mais caros e ainda mais robustos.

Os sensores submersíveis são aqueles que ficam instalados diretamente no líquidos, geralmente utilizados para água. o sensor piezoelétrico instalado dentro de um sonda que é lançada no liquido ao qual se quer medir onde um lado fica exposto a pressão do liquido e o outro lado é equalizado através de um pequeno tubo de plástico que segue junto com o os cabos de interligação para a parte de cima do liquido.

Vantagens, desvantagens e limitações dos sensores hidrostáticos

Claro que mesmo com o já tratado exitem certas limitações e desvantagens consideráveis que devem ser levadas em consideração na escolha do sensor, especialmente nas fases de especificação do sistema de medição que vai ser utilizado.

Vantagens:

• REPETITIVIDADE - A maior vantagem sem dúvida é ter um princípio de medição comprovado e estabelecido e confiável.
• ROBUSTEZ - Processo de medição robusto, não influenciado por fatores perturbadores como poeira, espuma, vapor, acumulação, contaminantes, etc.
• CONFIABILIDADE - Medição confiável não afetada por muitas características físicas como condutividade, coeficiente dielétrico ou viscosidade
• SIMPLICIDADE - Instalação e operação simples de transmissores de pressão submersíveis e sensores de pressão convencionais sem necessidade de calibração ou ajuste
• MEDIÇÃO DIRETA - Contato direto com o meio
• DIVERSAS SOLUÇÕES - Numerosas variações de projeto alternativas e tecnologias de sensores para quase todas as aplicações

Desvantagens

• Perde precisão quando o sensor está submetido a líquidos que variam de densidade como água de esgoto sanitário, líquidos aquecidos.
• Também não pode ser usado em líquidos com partículas
• Muitas vezes sua precisão em pequenos tanques pode sofrer consideravelmente especialmente me líquidos com pouca viscosidade.
• Quando submetido a turbulências no liquido em medição pode apresentar problemas de leitura.
• Influência da temperatura do liquido: a variação da temperatura de certos líquidos pode afetar consideravelmente a precisão do medidor hidrostático por pressão. 

Boas práticas para projeto e instalação de sensores hidrostáticos

A seleção de um sensor de nível complicada porque envolve especificar um sensor que atenda como uma medição indireta do valor de pressão para outra finalidade. A grande popularidade dos sensores hidrostáticos reside na sua aplicação simples, uma baixa suscetibilidade a problemas desde a instalação até à sua operação contínua, sua alta tolerância a distúrbios além da sua fácil adequação da tecnologia para quase todas as condições de aplicação. 

A influência da temperatura, especialmente a sua influência na densidade do meio específico, deve ser incorporada ao processo de correção da pressão. Uma variação positiva da temperatura de um dado processo pode conduzir a uma menor densidade do meio e um nível correspondentemente crescente, no entanto, nem sempre na mesma proporção que o aumento da pressão hidrostática tornando o sensor pouco preciso para situação onde ocorre esse tipo de fenômeno. É imprescindível conhecer a densidade do líquido e sua relação com a temperatura e as variações de temperatura as quais o liquido está submetido. Se o processo tiver uma forte mudança ou uma densidade desconhecida, isso normalmente seria compensado por sensores adicionais. Deste modo, estão disponíveis vários sensores de pressão com sensores de temperatura adicionais, que permitem medir a temperatura do meio para a compensação da densidade.

O meio e as suas características, em particular a sua viscosidade e teor de sólidos, decidirão entre utilizar um sensor de pressão com um desenho tradicional com orifício de pressão ou um com um diafragma de descarga. Pessoalmente não me lembro de ter visto sensores operados com diafragma, para 90% das aplicações um orifício é mais que o necessário. Em certas situações como a medição de reservatórios de óleo é recomendável instalar o sensor levemente acima do minimo do tanque, desta forma a precipitação de impurezas não é nem contabilizada nem provoca obstrução do orifício de medição. 

É importante atentar às características do meio a ser medido na escolha de um transmissor de pressão convencional, só então a medição da pressão hidrostática pode ser utilizada de forma confiável, mesmo sob as condições mais severas. Os transmissores de pressão submersíveis, como uma variante de projeto específica de um transmissor de pressão, são usados ​​em meios contaminados, tais como águas residuais, bem como em meios limpos, como combustível ou água subterrânea. Para tanto, são utilizadas tanto as variantes do produto de descarga como as variantes com grandes e alargadas portas de pressão, de modo a garantir uma elevada fiabilidade na medição do nível na aplicação submersa.

Outro aspecto importante é a posição onde o sensor será instalado, normalmente não se armazena líquidos apenas por armazenar, geralmente os tanques e reservatórios possuem locais de entrada e saída. O sensor devem ser instalado o mais distantes possível de moro a não sofrer influências da circulação do liquido dentro do tanque.

Na medição da pressão diferencial com transmissores de processo a posição de montagem é uma fonte comum de imprecisões na medição de nível. Os pontos de medição do meio e da fase gasosa são tipicamente ligados à célula de medição diferencial do transmissor por capilares cheios de óleo. A diferença de altura destes pontos de medição para o transmissor de pressão diferencial conduz a uma pressão hidrostática adicional dentro dos capilares. Este efeito gera uma sobre ou subpressão adicional a medição da pressão hidrostática, o que acaba por distorcer a medição. A imprecisão resultante da medição deve ser corrigida dentro da instalação por uma correção de posição e configuração adequada do transmissor de pressão diferencial, de modo que uma compensação totalmente automática deste fator de perturbação pode ser feita. Além disso, recomenda-se fortemente posicionar o transmissor abaixo da altura do ponto de medição de nível, a fim de eliminar qualquer pressão hidrostática negativa ou pressão insuficiente da medição de nível.

Experiências e Boas práticas

A maior parte dos sensores hidrostáticos são de saída 4-20mA ou que equivalha. De fato, não se sabe os valores de pressão efetivamente fornecidos pelo líquido em suas mais variadas posições. A primeira vez que me deparei com um problema desses foi quando o sensor foi instalado em um tanque de uma unidade hidráulica para medição do nível e seu indicados mostrava o valor em "bar" e a unidade já estava completamente cheia de óleo.

Trava-se de 4 tranques iguais e em cada um o sensor de nível indicava valores diferentes de pressão para a mesma coluna de 1,2 m de óleo.

A solução foi fazer variar o nível no reservatório dentro da faixa operacional, cerca de 20 cm, e a partir destas duas tomadas de pressão a 1,2 m e a 1,4 m realizar uma escalização do valor de pressão para cada sensor.

A segunda experiência que tive com esse tipo de medição foi mais complexa e teve ter um tratamento maior dos dados. Consistia em um sistema de medição para o nível de um tanque extremamente grande ocupado por água de qualidade variável e exposto diretamente ao tempo (sol) com uma fina camada de óleo. A variação do nível do taque era de em torno de 100 m.

O sensor utilizado foi do tipo sonda dimensionando propriamente para esta variação de 100 m em um sinal de 4-20mA e instalado a uma altura muito próxima do minimo operacional do tanque. Naturalmente o tanque já estava operacional quando se decidiu colocar o serviço o sensor de nível. A pergunta é como comissionar um sensor de nível em um reservatório já operacional com tantas variantes?

A solução foi simples, muita paciência.

Tivemos que aguardar alguns cilos parciais de variação do nível do reservatório e realizar a anotação periódica dos valores de fato de nível do reservatório e comprar com os valores apresentados pelo sensor.

Adicionalmente se percebeu que o sensor oscilava muito, a final, um liquido diretamente exposto as intemperes esta susceptível a vento e a própria entrada e saída de liquido do reservatório que causa uma grande oscilação no valor. Foi necessário estudar um filtro que não deixasse a resposta lenta que fosse impossível de perceber a variação do valor do sensor.

Após esse primeiro ajuste, alguns meses depois foi necessário refazer o ajuste de forma a antender a faixa maior de valores. No primeiro ajuste tinha feito a calibração dentro de uma faixa de 713 cm, variação de 1 cm em 100 metros!

Conclusão

Os sensores hidrostáticos para medição de nível de líquidos são excelentes, sempre serão minha segunda opção quando não puder usar minhas chaves boia, mas exige um trabalho do instrumentista grande para deixa-lo bem operacional.

Para o correto funcionamento depende de uma união entre a especificação e um tempo correto de configuração que passa pelo processo de enchimento do reservatório onde se pretende medir. Hoje com a correria das obras e do dia a dia da engenharia das empresas pouco tempo se tem para dimensionar corretamente um sensor desses e planejar sua colocação em serviço e com isso perdemos em qualidade quando instalamos o sensor, esse fato sem feito em grande parte a entrada no mercado de métodos menos convencionais e empresas especializadas na medição de nível de líquidos fatiando ainda mais o mercado e criando novas oportunidades de negócios.

Espero que artigo tenha ajudado.

Sistema de Irrigação Doméstica Utilizando Netduino - Parte 2

Sonda para medição da umidade do solo

Sem dúvida esse é o principal sensor do sistema de irrigação, este sensor tem a finalidade tanto de provocar o acionamento do sistema de irrigação quando o solo estiver muito seco como também provocar o bloqueio do sistema quando a chuva naturalmente encharcar o solo, a questão é qual a relação que temos entre o valor que o sensor vai informar e a umidade real do solo?

O sensor principal é a sensor de umidade do solo feito com uma placa que eu comprei própria para a aplicação de medição de umidade. Realmente me arrependi de te-lo comprado, Kit está na foto abaixo, um garfo feito de circuito impresso e uma placa que vem com um amplificador operacional em modo comprador que gera uma saída digital, de fato só com isso já poderia fazer um sistema burro de acionamento do sistema de irrigação. Só usei o garfo, com um pouco de terra seca em um copo bem compactado comecei a fazer experiências de valor de umidade no solo.

Kit de medição de umidade do solo

Então eu fiz um pequeno código inicial apenas para testar os sinais analógicos e a sua faixa de utilização. A placa de controle já vinha com um divisor resistivo ente o garfo de medição e um resistor de 1,2k então resolvi manter a mesma proporção.

A experiência então foi linearizar um encharcamento do solo. Com a sonda instalada em um copo de água com terra seca a experiência foi molhar em doses constantes até a amostra de terra estar totalmente encharcada e anotar os valores recebidos no canal AD através da janela de Output do Visual Studio (VS210).

Experimento de medição de resistência do solo.

Como tinha que ter uma referência para medir a relação entre a quantidade de água e de terra então calculei o volume de água pelo volume de terra contida no copo.

Infelizmente o resultado não foi dos melhores, com quatro amostras a terra estava completamente encharcada de água, mas me deu uma direção de quão úmido deve ficar o solo. Pelo menos com o resultado já tenho ideia de qual a faixa que é boa para um ponta-pé inicial nos valores de comparação.

Final do Experimento de medição de umidade do solo, a amostra de terra completamente encharcada.

Resultado gráfico do experimento.

Então o valor para comparação deveria estar entre 0,2 e 0,3 p.u., valores abaixo de 0,2 será necessário irrigar o solo e valores mais altos inibem a irrigação do solo.

Sensor LDR

Outro sensor que eu pretendo utilizar é um sensor de temperatura e um LDR. O sensor de temperatura é um simples RTD linear e não pretendo me preocupar muito com ele o outro é um sensor LDR tem o mesmo principio da sonda de medição de umidade mas o funcionamento será um pouco diferente, preciso é detectar a transição do dia para noite e vice-versa porque o processo de irrigação tem mais eficiência quando feito no inicio das manhãs e no final da tarde.

Existem alguns textos do Sebrae e de outros sites que falam bastante sobre as técnicas de irrigação e como utiliza-las de forma eficiente. Este aqui é um deles (aqui).

este site, AGROLINK tem vários videos sobre irrigação.

O primeiro passo foi definir os limites, então, fiz uma medição inicial dos valores para o sensor LDR exposto completamente a luz e na escuridão total. Depois, montei o LDR na placa utilizando um divisor resistivo para o AD e montei a tabela abaixo:

O segundo experimento foi mais demorado, tratava-se de utilizar um código de testes e deixa-lo aquistar dados durante uma variação de dia para noite e de noite para o dia para notar a variação perceptível no AD que torna uma mudança do dia para a noite notada.

Para isso, fiz um código que funcionava a cada 5 minutos tomando amostras e anotava na janela de Output do Visual Studio, a data e a hora e o valor obtido do AD.

Sistema de Irrigação Doméstica Utilizando Netduino - Parte 1

Esse ano me mudei para uma casa de campo, como minha irmã diz temos que ter um lugar para cair vivo que morto posso cair em qualquer lugar, pensando assim arranjei um pequena casa nos arredores do Rio de janeiro.

A melhor oportunidade para criar novos projetos de automatização doméstica. Como o terreno e relativamente espaçoso precisava arranjar um jeito de povoá-lo com plantas para ocupar o espaço e deixá-lo aconchegante como eu esperava. Então veio a ideia do projeto de um sistema de irrigação. Inicialmente busquei uma série de soluções comerciais, a final de contas, não sou mais uma pessoa com tanto tempo assim para me dedicar a uma bricolagem de domingo, mas nenhuma solução atendeu que eu esperava e por isso resolvi escrever essa primeira parte que é a elucubração do problema do sistema de irrigação.

Bom, primeiramente eu tenho uma casa térrea, ou seja, não tenho pressão de água nas torneiras que viabilize utilizar um sistema com a própria pressão do sistema da casa, calculo que a torneira no máximo tenha uma pressão de 1 bar.

Como eu tenho uma bomba que realiza a sucção da água da cisterna para a caixa d’água seria o ideal utilizar essa bomba.

Outro ponto, o eletricista já tinha deixado tudo preparado para instalação de uma chave boia na caixa d’água. Lembrando que a chave boia é um recurso super confiável e eu não queria deixar de utilizá-la.

Os sistemas que eu vi a venda não contemplavam essa opção de integração com o sistema de água da casa o que não me atendia, não quero um sistema 100% profissional, quero uma solução confiável e automatizada para irrigação do jardim.

Esquema atual do sistema de água da casa

E fazer uma solução se tornou novamente obsessão, tinha sido assim lá quando nem existia os microcontroladores, eu tinha feito um destes com o LM3414 e com duas sondas enterradas no jardim da casa dos meus pais.

Como não quero uma solução cara o melhor seria utilizar eletrovalvulas para máquinas de lavar, consegui comprar cada uma por R$ 30,00 no Rio. As válvulas são de 1/2”, ou seja, bem menor que a bomba então não poderia ligar a bomba exclusivamente para a irrigação. (comprei pelo Solda Fria)

Como a instalação já estava toda feita não queria lançar cabos entre a boia e a bomba já que a alimentação dabomba ia para junto da caixa d’água e seguia para a cisterna.

As soluções:

Solução 1

A ideia seria colocar todo o conjunto de controle perto da bomba e configurar a boia para meia caixa d’água, ou seja, a boia trabalha sempre deixando pelo menos metade da caixa disponível para os afazeres domésticos e o restante para deixar armado o sistema de controle da bomba para irrigação, assim, se em um tempo máximo de 6 horas não tivesse sinalização de necessidade de irrigação no jardim esta não seria feita, apenas ligando a bomba para encher a caixa d’água.

A parada da bomba é feita automaticamente pela chave boia que corta a alimentação da bomba e do controle.

Em caso de necessidade de ligar a bomba por efeito do esvaziamento total da caixa d’água seria possível ligar a bomba utilizando um botão de pulsar no painel de controle.

A irrigação é feita somente na manhã antes do sol nascer ou após o por do sol. Para verificar isso seria utilizado um sensor LDR instalado no próprio sistema de controle.

Também se utilizaria os tradicionais sensores de bastão enterrado para constatar qual o nível de humildade no solo.

Com a conexão de internet cada irrigação teria seu tempo de inicio e fim documentado no cartão microSD servindo de base para saber se o sistema já tinha sido acionado ou não.

Solução 2

A segunda solução envolve um pouco mais de instalação mas me pareceu mais sensata do ponto de vista funcional.

A solução seira utilizar ao invés de uma chave boia, duas. Uma detectaria o nível muito baixo e a outra o nível muito alto. As duas boias trabalhariam juntas em uma lógica elétrica para acionamento da bomba em caso de falha no sistema de irrigação deixando o sistema bem confiável. O nível alto também cortaria comando da irrigação sem cortar a alimentação do sistema.

Todo o sistema seria instalado junto a caixa d’água e não mais junto a bomba o que facilitaria a conexão com o PC e a manutenção remota dos códigos a partir do servidor doméstico que tenho. Além disso o cabo de rede para conexão com a internet para recebimento da data atualizada para o log de eventos está mais próximo.

Com isso, não seira ma is necessário um botão exclusivo para ligar a bomba em caso de falta d’água na casa e muito menos um problema desses ocorreria.

A escolha 

Como eu disse no artigo anterior eu não quero amadorismos, quero uma solução profissional que possa utilizar sem me preocupar tanto com a irrigação do jardim como o sistema de água da casa, sendo assim, vou ficar com a solução 2.

A solução 2 é necessário uma lógica elétrica utilizando as duas chaves boia, veja que a chave boia que ficara ajustada para o nível inferior deve atuar paralelamente a atuação do sistema de controle provocando o fechamento da bobina da contatora que acionará a bomba enquanto a boia de nível máximo deve bloquear tanto o acionamento pela irrigação como pelo controle de nível do sistema.

Abaixo o diagrama simplificado de como seria isso, o unifilar elétrico do sistema de controle da bomba.

Uma vez instalado esse sistema, independente de qualquer lógica ou até mesmo da placa de controle de irrigação estar presente o sistema da bomba vai funcionar, então, temos um sistema confiável. Sabemos que eletrônica é a algo que pode falhar mas a lógica de contato elétrico funciona sempre.

Tive que comprar uma contatora trifásica com bobina de 127Vac, então deixei 2 contatos livres, poderia usa-los em série mas preferi não utilizar.

Inclui um disjuntor junto do painel elétrico para poder interromper o circuito no painelzinho de controle.

Comprei uma placa de relés auxiliares com 4 relés de 250Vac, pretendo utilizá-la exclusivamente para o acionamento do sistema de irrigação. Um relé terá que ser dedicado para ligar a bomba e os outros 3 para atuar em 3 bobinas de eletroválvulas. Seria feito 3 sistemas de irrigação separados cada um com seu medidor de umidade, isso seria muito útil porque pretendo ter uma horta em casa e o regime de irrigação das horta é diferente do restante da casa.

Duas linhas serão utilizadas para irrigação sem necessidade pressurização, e a outra seria para o restante do jardim. Conforme o desenho.

Como tenho mais entradas AD disponíveis vou incluir mais um sensor de temperatura ambiente e mais um sensor de luminosidade e mais um sensor de nível de chuva que tratarei mais adiante.

Estes sensores terão um peso ponderado na irrigação, quem irá pilotar a irrigação será o sensor de umidade e os sensores de temperatura e luminosidade darão a direção de como essa irrigação será feita, sempre após o por do sol, estimado com a hora atual e uma descendente de luminosidade e uma temperatura mais amena, ou no inicio da manhã, saindo da escuridão estável para uma luminosidade branda com baixas temperaturas.

Não vou tratar da irrigação para horta, queria tão somente definir a característica do sistema de irrigação.

Porque utilizamos o a cor cinza como fundo no Supervisório?

Hoje existem muitos recursos inovadores para criar interfaces. Com todas as capacidades gráficas ainda se opta por utilizar um visual bem conservador em teles de sistema de controle.

Lembro que assim que cheguei me disseram que tudo evoluiu no sistema exceto a parte de interface visual que seguia o mesmo jeitão há muitos anos. Com isso me perguntei por que diante de tantas tecnologias e designers dedicados apenas para interface visual seguimos utilizando interfaces com baixo padrão de qualidade.

Num ambiente de sala de controle o sistema supervisório, DCS, deve se apresentar como a mais importante ferramenta de suporte para o operador tomar decisões e se ater a informações importantes adiantando ações e aumentando o tempo de resposta em caso de distúrbios atuais ou futuros, saber que isso é uma verdade é um consenso geral entre a engenharia, mas quanto e como deve ser feito é um feedback difícil de se tomar em conta durante de um desenvolvimento de um projeto novo.

A forma em que estão dispostas as informações nas telas do DCS impactam diretamente na identificação de um problema e na velocidade de reação do Operador para realizar uma intervenção.

Hoje passamos por uma situação bem interessante. Fui questionado sobre uma informação de estado do trocador de calor. Olhando para tela onde o trocador de calor se encontrava lado esquerdo, não era possível identificar qual era o trocador ativo, então, foi solicitado pelo cliente que se revisasse e incluísse a informação na tela já que tinha disponível um sinal de fluxo no SDSC.

 

Quando foi se realizar a alteração observou-se que no lado direto existia um painel com todos os sinais dos trocadores de calor. Eram cinco pessoas analisando a tela ao mesmo tempo e nenhuma percebeu que os sinais do trocador de calor estavam do outro lado. Isso mostra que:

1.       Apenas colocar a informação na tela não basta para que o operador note a presença da informação

2.       Telas saturadas dificultam a identificação de informações

3.       O desenho do equipamento pressupõe que as informações dele estejam próximas dele mesmo.

Hoje com as telas de controle e a redução de custos para instrumentar as máquinas é cada vez mais presente um numero maior de sensores nas máquinas o que tem elevado bastante o numero de informações que são apresentadas ao operador. A forma com que os dados são apresentados de forma a buscar o foco do operador para estado geral da máquina sem a necessidade navegação excessiva entre telas e com link de correlação que um problema possa ser seguido através das telas até sua origem.

Os primeiros sistemas DCS tinham uma grande limitação de cores e objetos então as telas iniciais, utilizadas como referência para os novos projetos, são sempre fixas e uma codificação de estado por cor sempre era traçada, tanto para apresentação de informação como associação com alarme. Essa formatação era bem limitada.

As primeiras estações de controle eram de monitores CTR curvos. A curvatura juntamente com o vidro grosso que vinha por cima do monitor devido ao seu tamanho fazia dele um espelho para tudo que estava do lado de fora. Com isso era necessário aumenta o brilho da tela para reduzir esse efeito espelho produzido pelo monitor. Quem não lembra dos antigos descansos de tela que nada mais eram que um vidro com película que se colocava na frente dos monitores.

Na metade dos anos 90, uma série de institutos começaram a pesquisar a interação entre o ser humano e os dispositivos de interface analisando o tempo de resposta para um eventual problema tanto para identificação como para solução, tudo isso, nesta época já poderia ser feita através do computador.

Um dos institutos que se desancaram nesses estudos foi o Abnormal Situation Management (ASM) Consortium. Este instituto que existe desde 1992 e é uma associação da indústria para estudo sobre essa interação entre o operador e o sistema que se está operando. Depois de muitos estudos foi criado umRule Book para criação de sistemas DCS muito difundido na indústria que deu origem a essa formato que utilizamos até hoje de sistemas supervisórios.

Porque o fundo cinza ?

Na contra mão do que se pode pensar sobre telas, os softwares de banco de dados e projetos que utilizam fundo preto para aumenta o tempo em que o desenhista admite frente a tela do computador a recomendação é se utilizar a cor cinza como plano de fundo das telas

A recomendação é sempre utilizar o cinza claro como plano de fundo das telas do supervisório. São três motivos que levam a essa cor ser mais adequada:

·         Aumenta o tempo de resposta para as informações criticas que são apresentadas na tela, por ser uma cor neutra não prende a atenção dos olhos em grandes partes sem informações relevantes;

·         Engloba os indivíduos que podem ter problemas de daltonismo leve sem gerar confusão. Esse é um ponto que não é levado em consideração nos projetos mas a principio todas as pessoas tem algum grau de daltonismo, cores como azul turquesa pode ser confundidas com azul ou verde.

·         Diferente do branco que traduz todas as cores em plenitude e o preto que absorve todas as cores. O cinza claro transmite todas as cores num brilho mais leve que o branco e não tão profundo como a cor preto. O preto faz com que o operador permanece compenetrado na tela e não desloque a atenção para o que há ao redor. Se a sala de operação, por exemplo, está próxima a painéis o preto mostra que existe uma resposta maior para identificação da falha mas um aumento do tempo para ir a campo solucionar o problema.
O cinza se mostrou como um equilibro de cor que traduz um menor contraste entre o mundo exterior que para um lugar industrial é constantemente cinza para a tela de operação.

A escolha das cores dos sistemas é uma união entre a disponibilidade do sistema e a compreensão dos fatores que influenciam a percepção humana frente aos monitores de interface.

Aprimorar o conhecimento da criação das telas tem uma influência grande na aceitação e na confiabilidade do sistema como um todo permitindo ao cliente final, através do seu time de operação, conseguir se sentir seguro de operar e manter o sistema que foi entregue, por isso não podemos deixar de dedicar tempo em aprimorar os esquemas de visualização do operador.

Muita automação inútil e pouco profissionalismo...

Esses dias eu estive pensando em automatizar algumas coisas na minha nova casa. Nada muito complicado apenas ligar e desligar a bomba e abrir e fechar um portão. Puro hobby, realmente fazer isso hoje não compensa nem pela compra dos equipamentos em si.

Creio que vale a pena um pouco de história. Já fazem dois anos que estou trabalhando com sistemas em usinas hidroelétricas numa multinacional francesa. Quando comecei o blog trabalhava numa pequena empresa saída da universidade. Tudo começou com um professor meu do curso técnico, Luis Oscar, que novo me encaminhou para essa empresa. Na época, nem digo que era uma empresa em si, era algo como um projeto de empresa. Com muitas idéias, se fosse hoje diria que era uma startup.

Bom, fiquei trabalhando lá por quase 6 anos, o período todo que fiz faculdade e mais um ano depois até sair para outro negócio. Lembro que na época queria ir para uma empresa grande e aprender sobre os processos de uma empresa que dá certo mas fui seduzido pela falsa ideia que o conhecimento é construído e não copiado.

Fiquei 5 anos tentando fazer projetos inovadores; e como qualquer empresa pequena lutando com os custos do projeto para "fazer caber" o projeto com os recursos e ainda tentar, talvez, sobrar um pouco... Nisso foram muitos projetos, muitas idéias, muitas idas e vindas. O importante é que no final nada saiu do papel e a empresa se desmanchou tão rápido como vinham as idéias.

Sou muito grato pelo que aprendi na empresa, pelas oportunidades, pelo que fiz e pelo que pude contribuir mas certamente se tivesse ido para uma empresa maior e com produtos já sendo fabricados poderia ter ajudado muito mais. Puro amadorismo contratar estagiários e pessoas sem experiência para desenvolver produtos. Sempre precisamos buscar um equilíbrio entre a experiência e a inovação para manter um produto confiável e criar um mercado.

Quando eu entrei nesse emprego eu comecei a ver um novo mercado, de coisas de automação e controle profissional, sem essas coisas acadêmicas baratas e hobby que não funciona. Não tem toda essa inovação moderna nem preço tão barato. Mas tem a robustez, isso sim é importante.

Desde que entrei nesse emprego de comissionamento é muito correia viagens e vai e vens que é difícil para para para escrever alguma coisa sobre automação e controle mas a verdade é que as coisas na vida real são bem diferentes da automação do quintal.

lembro-me do meu primeiro projeto que funcionou, o irrigador de jardim controlado com um CI LM314 algo assim. Parava de funcionar o tempo todo. Não era profissional todos os dias tinha que dar uma passada lá para ver, com o tempo tudo estragou a chuva fez seu papel e colocou tudo em curto.

Quando se projeta um sistema para uma usina, para uma subestação, algo  grande o que mais se pensa é confiabilidade. É inaceitável qualquer usina ficar parada por conta de um sistema de automação. Uma máquina de geração que custa milhões ficar danificada porque um controlador falhou ou lago assim. Todos os sistemas devem ser extremamente robustos e redundantes. Inclusive o PLC que utilizamos custa mais de 10 mil reais.

Hoje pesquisando na internet sobre automação residencial encontrei muita coisa, mas muita coisa mesmo. Mas tudo amador. Amador pela fabricação, pelo desenho, pelo hardware. E muitas coisas inúteis, francamente, ninguém quer acender uma lampada de um quarto remotamente, eu só preciso da luz do quarto acesa quando estiver no quarto e lá eu posso acender com o meu dedo... Os que iam mais além programavam hora para acender a luz externa apagar etc... bom a mesma coisa eu só preciso de um sensor de presença ou uma fotocélula.
Ainda tinha outro que prometiam colocar monitoramento em todas as tomadas, bom só pelo consumo desses medidores acho que nem compensa saber que a TV está consumindo muito no stand by.

A verdade que todos esses projetos são amadores e pouco confiáveis o profissionalismo está exatamente em unir essas idéias e fazer uma casa realmente inteligente que monitora tudo o que está bem aquém do que esses blogs mostram ou esperam.