Monitoramento de Consumo de Energia

Tcc I

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ESTÁCIO

Miquéias Garcia Tiburcio

19/04/2024

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS

Miquéias Garcia Tiburcio

SISTEMA DE MONITORAMENTO DO CONSUMO ENERGÉTICO
RESIDENCIAL

ITUIUTABA
2023

Miquéias Garcia Tiburcio

SISTEMA DE MONITORAMENTO DE CONSUMO ENERGÉTICO
RESIDENCIAL

Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação
apresentado ao Curso de Graduação em
Engenharia da Computação da Universidade do
Estado de Minas Gerais - Unidade Ituiutaba,
como parte dos requisitos para a obtenção do
título de Bacharel em Engenharia da
Computação.

Área de concentração: Engenharia da
Computação

Orientador: Prof. Rildo Afonso de Almeida

ITUIUTABA
2023
AGRADECIMENTOS

Agradeço à minha família que sempre esteve ao meu lado em todos os momentos decorridos,
por todo o apoio e incentivo a mim prestados.
Em especial a minha linda esposa Maria Angélica por todo o incentivo dado a mim, todas as
cobranças e pela parceria, dedicação, suporte e compreensão em todos os momentos.
Aos meus filhos Mateus e Mirela por serem inspiração a todo o momento e por sempre me
motivarem.
Agradeço a todos os professores que estiveram comigo durante minha formação e que sempre
estiveram dispostos a ajudar e me permitiram desenvolver o meu potencial mesmo tendo
dificuldades de conciliar estudos, trabalho e vida familiar; meu muito obrigado.
À Adriana de Souza Guimarães que muito me ajudou e apoiou durante todo tempo da minha
formação e em especial ao Igor Dias Bonifácio pela ajuda sempre prestada e disposição em
ajudar, você derrubou muitas barreiras que poderiam ter impedido essa tão sonhada formação,
obrigado.
Aos meus colegas de turma, começamos juntos e aqui estamos para concluir essa etapa,
obrigado por todo suporte e apoio que me deram sem isso não seria possível essa conquista.
Ao meu orientador Rildo Afonso de Almeida que me apoiou em todas decisões, muitas bastante
difíceis, me orientou e sempre esteve disposto a me ajudar e orientar durante todo o caminho.

RESUMO

Devido à constante evolução tecnológica, cada dia surgem mais e melhores equipamentos
domésticos que dependem de energia elétrica para funcionar. Esse insumo cada dia mais precisa
ser utilizado de maneira eficiente para que não falte e também não se torne um problema no
orçamento familiar. Assim sendo, esse projeto desenvolveu um sistema de monitoramento de
consumo de energia em que cada equipamento pode ser monitorado de maneira individualizada
permitindo ao usuário analisar o impacto que cada um desses dispositivos traz ao seu consumo
mensal de energia elétrica. Esse monitoramento foi realizado por meio de sensores de tensão e
corrente elétrica e por meio da programação foi obtido o consumo, em tempo real, do
dispositivo conectado aos sensores. O controlador utilizado para receber e processar os dados
dos sensores foi o NodeMCU onde foi desenvolvido um Web Server utilizando uma interface
de comunicação Wi-Fi Esp8266 para essa comunicação. Foram utilizadas plataformas gratuitas
para o desenvolvimento do protótipo do projeto.

Palavras-chave: Energia elétrica; IoT; controlador; consumo energético.

ABSTRACT

Due to the constant technological evolution, every day there are more and better domestic
equipaments that depends on electricity to work. This input needs to be used more and more
efficiently so that it does not become a problem for the family budget. Therefore, this project
developed an energy consumption monitoring system in which each device can be monitored
individually allowing the user to analyze the impact that each one of these devices brings to his
monthly electricity consumption. This monitoring was done by means of voltage and current
sensors and, by means of programming, the real-time consumption of the device connected to
the sensors was obtained. The controller used to receive and process the sensor data was the
NodeMCU Esp8266 and where a Web Server was developed using an Esp8266 Wi-Fi
communication interface for this communication. Free platforms were used for the
development of the project prototype.

Keywords: Electricity; IoT; controller; energy consumption.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Conta de Energia CEMIG .......................................................................................... 3
Figura 2 - Selo do PROCEL ....................................................................................................... 4
Figura 3 - ENCE para ar condicionado ...................................................................................... 6
Figura 4 - ENCE para refrigeradores, frigobares e similares ..................................................... 7
Figura 5 - ENCE para lâmpadas fluorescentes ........................................................................... 7
Figura 6 - faixas de CEE para condicionadores de ar................................................................. 8
Figura 7 - Controlador Lógico Programável – CLP ................................................................... 9
Figura 8 – Microcontroladores ................................................................................................. 10
Figura 9 – Microcontroladores para prototipagem ................................................................... 10
Figura 10 - NodeMCU Esp8266 ............................................................................................... 12
Figura 11 - Exemplo de projeto com NodeMCU Esp8266 para monitoramento de temperatura
e umidade .................................................................................................................................. 13
Figura 12 – IoT - Internet das coisas ........................................................................................ 14
Figura 13 – Exemplo de fluxo de corrente elétrica em um circuito simples ............................ 16
Figura 14 - Sensor De Corrente Acs712 ................................................................................... 17
Figura 15 - Tensão elétrica ...................................................................................................... 19
Figura 16 - Monitor de consumo energético de equipamento .................................................. 26
Figura 17 - Monitor de consumo energético de circuito .......................................................... 26
Figura 18 – Tela inicial da plataforma Arduino IDE................................................................ 28
Figura 19 - Acessando o menu Preferências do Arduino IDE ................................................. 29
Figura 20 - Menu preferências do Ardunio IDE....................................................................... 29
Figura 21 - Menu Gerenciador de Placas ................................................................................. 30
Figura 22 - Janela do Gerenciador de Placas ............................................................................ 30
Figura 23 - Menu de seleção da placa (microcontrolador) ....................................................... 31
Figura 24 - Código de calibração do sensor de corrente .......................................................... 32
Figura 25 - Medida de corrente elétrica.................................................................................... 32
Figura 26 - Execução da calibração .......................................................................................... 33
Figura 27 - Comparativo do valor do amperímetro com o sensor de corrente ......................... 33
Figura 28 - Medida da Tensão Elétrica .................................................................................... 34
Figura 29 - Corrente consumida pela lâmpada ......................................................................... 36
Figura30 - Medida do consumo da lâmpada ........................................................................... 37
Figura 31 - Código fonte da medida de consumo ..................................................................... 38
Figura 32 - Código fonte do Web Server ................................................................................. 39
Figura 33 - Resposta do Web Server no Serial Monitor .......................................................... 40
Figura 34 - Tela do Navegador de internet com os dados do Web Server ............................... 40
Figura 35 - Tela do navegador do smartphone com os dados do Web Server ......................... 41

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – Evolução da demanda de energia .............................................................. 2

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 1
2 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................... 2
2.1 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .......................................................................... 6
2.2 MICROCONTROLADORES .......................................................................... 9
2.3 NODEMCU ESP8266 .................................................................................... 12
2.4 IOT – INTERNET DA COISAS .................................................................... 14
2.5 CORRENTE ELÉTRICA ............................................................................... 16
2.6 SENSOR DE CORRENTE ACS712 .............................................................. 17
2.7 TENSÃO ELÉTRICA .................................................................................... 19
3 CONSUMO ENERGÉTICO .................................................................................. 21
4 ESTADO DA ARTE .............................................................................................. 22
4.1 Sistema para Monitoramento e Controle Remoto do Consumo de Energia no
Centro de Informática ........................................................................................................... 22
4.2 Monitoramento e Controle Energético Residencial via Smartphone .............. 23
4.3 Avaliação do consumo de energia elétrica do setor residencial brasileiro:
propostas de ações governamentais para o aumento de sua eficiência................................. 24
4.4 Soluções do mercado atual para monitoramento de consumo energético de
equipamentos residenciais .................................................................................................... 25
4.5 Conclusão ........................................................................................................ 27
5 DESENVOLVIMENTO ........................................................................................ 28
5.1 Configuração da plataforma de desenvolvimento Arduino IDE .................... 28
5.2 Leitura e calibragem da Corrente Elétrica ...................................................... 31
5.3 Definição da Tensão Elétrica .......................................................................... 34
5.4 Cálculo do consumo energético ...................................................................... 34
5.5 Criação do Web Server Local ......................................................................... 38
6 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 42
7 TRABALHOS FUTUROS ..................................................................................... 43
8 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 44

1 INTRODUÇÃO

Nos dias em que vivemos existe uma grande preocupação em relação ao consumo de
energia elétrica, este vem aumentando a cada dia devido às grandes evoluções tecnológicas
estarem cada vez mais acessíveis e demandarem desse ativo.
No ambiente residencial não é diferente, contudo, esse consumo vem sendo cada vez
mais impactante na renda familiar trazendo a necessidade de monitoramento constante do
mesmo (CORREIO BRAZILIENSE, 2020).
Segundo a EPE (Empresa de Pesquisa Energética) teremos para o período de 2022-2026,
a expectativa de crescimento médio de carga de 3,4% ao ano fazendo com que a eficiência no
consumo seja um fator relevante para o consumidor para que não sobrecarregue a matriz
energética com o crescimento em questão.
As concessionárias de energia elétrica fornecem aos clientes apenas um relatório mensal
e do consumo geral da unidade consumidora o que torna pouco efetiva ações, por parte do
consumidor, para trazer economia e ter um controle eficaz de seu consumo energético.
Atualmente temos um grande aumento na microgeração de energia elétrica por parte do
próprio consumidor. “No entanto, os possíveis impactos desse sistema para as distribuidoras
de energia elétrica ainda é um mistério, contando com poucas publicações que tratam desta
temática” (OLIVEIRA, JANAÍNA DE, 2021).
A proposta desse projeto é construir um hardware que aliado a um sistema
computacional possa ser inserido nos circuitos e equipamentos já existentes em uma residência
para que todo o consumo energético dessa unidade consumidora seja monitorado de maneira
individualizada por equipamento.
Serão utilizados os conhecimentos de várias disciplinas do curso para definição das
tecnologias utilizadas e melhores formas de desenvolvimento do projeto supra citado.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

Com a evolução tecnológica constante, temos cada vez mais um aumento no consumo
energético em residências, segundo Adriana Tauchert (TAUCHERT, 2016), o consumo
residencial de energia elétrica aumentou 45,16%, de 2006 a 2015 segundo dados do
Observatório da Realidade e das Políticas Públicas do Vale do Rio dos Sinos – ObservaSinos.
Muito desse crescimento se deve ao aumento do número de eletrodomésticos, o uso constante
de tecnologias residenciais, também com a pandemia em que vivemos as pessoas tem cada vez
mais trabalhado em suas residências o que tem aumentado o consumo de energia elétrica
tornando esse insumo algo mais impactante na renda familiar, segundo estudo de Débora
Anibolete (ANIBOLETE, 2021), para o Procel Info.

Evolução da demanda de energia e da taxa de crescimento econômico no Brasil - 1970-
2030

Gráfico 1 – Evolução da demanda de energia

Fonte: EPE.

Muitas pessoas procuram maneiras de economizar esse insumo, instalando sistemas de
microgeração fotovoltaico de energia elétrica, instalando sistemas de iluminação mais
eficientes, contudo, todas essas alternativas requerem altos investimento a curto prazo

(OLIVEIRA, 2015), com isso procuram alternativas mais baratas de economizar como
mudanças de alguns hábitos de consumo dentre outras pequenas ações e mesmo ao aplicar essas
ações, que acreditam ajudar na economia do consumo energético, sentem dificuldade de
mensurar o impacto dessas medidas devido a forma de acesso atual a medição de seu consumo
energético; não se tem uma forma fácil de acesso ao seu consumo em tempo real e mesmo o
acumulado por períodos específicos, em sua conta de energia elétrica é demonstrado apenas o
consumo energético mensal de toda a unidade consumidora não permitindo assim que se avalie
um circuito específico ou mesmo uma ação em uma amostragem de tempo mais curta.

Figura 1 - Conta de Energia CEMIG

Fonte: WGSOL.
Fonte: https://www.acessa.com/pelobrasil/arquivo/noticias/2020/04/09-publicada-que-isenta-consumidor-
pobre-pagar-conta-luz/foto.jpg

O alto consumo energético traz vários problemas muito além do impacto causado à
renda dos consumidores pois quando se aumenta a demanda por energia, a geração precisa ser
expandida parasuprir essa demanda e essa expansão requer altos investimentos públicos que
causam um impacto social devido a destinação de verbas para esse fim que poderiam ser
direcionadas para outros fins sociais. Segundo o EPE (EPE, s.d.), como nossa matriz energética
é baseada em fontes hidrelétricas, a expansão desse tipo de fonte de geração, demanda um alto
investimento.
A economia de energia sempre foi um tema muito abordado e também objeto de
pesquisas que resultaram no desenvolvimento, cada vez mais comum, de produtos que focam
na eficiência do consumo energético, segundo o Procel Info (PROCEL INFO, s.d.) seu
programa de eficiência energética busca, por meio de várias ações, permitir que cada vez mais
os equipamentos tenha uma eficiência maior no uso da energia elétrica, contudo a forma mais
simples de diminuir o gasto de energia elétrica sem grandes investimentos sempre foi o
consumo mais eficiente que não requer grandes investimentos para esse fim.

Figura 2 - Selo do PROCEL

Fonte: Ultraluz.
Fonte: https://ultraluz.com.br/wp-content/uploads/2017/10/selo-procel-de-eficiencia-energetica-chega-as-
lampadas-led-94_XL.jpg
Sistemas de monitoramento de consumo são comuns em grandes indústrias e não tão
comuns assim em ambientes residenciais, existem alguns sistemas no mercado que para sua
implantação o usuário tem a necessidade de grandes investimentos em equipamentos ou mesmo
na adequação de sua rede elétrica residencial aos moldes desses sistemas; essas alterações e

aquisições, na grande maioria das vezes, torna a implantação desses sistemas inviável para
pequenos consumidores.

2.1 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

De acordo com a Empresa de Pesquisa Energética (EPE) eficiência energética significa
realizar a mesma, ou uma maior quantidade de trabalho utilizando menos recurso não deixando
de lado a qualidade e o conforto gerado por esse trabalho, diminuindo, com isso, o consumo de
recursos naturais para geração de energia.
A eficiência energética mostra ser a melhor maneira de se economizar e também a
energia mais limpa produzida pois tendo-se um uso eficiente desse insumo, você consegue
atender os aumentos de demandas sem aumentar a produção de energia (ECOA, 2022).
Várias iniciativas do governo promovem a eficiência energética no uso doméstico, uma
delas é a foi a criação da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE).

Figura 3 - ENCE para ar condicionado

Fonte: Anexo da portaria INMETRO nº 410/2013.

Essa etiqueta foi criada com o objetivo de orientar e informar ao consumidor o
desempenho energético dos equipamentos, veículos leves e edificações, segundo o International
Energy Iniative Brasil (IEI). Sendo de grande ajuda na hora da tomada de decisão na compra
dos equipamentos.

Para tanto cada equipamento possui seu próprio tipo de ENCE por terem características
diferentes não podendo ser comparados entre si.

Figura 4 - ENCE para refrigeradores, frigobares e similares

Fonte: Anexo III da portaria INMETRO Nº 577/2015.

Figura 5 - ENCE para lâmpadas fluorescentes

Fonte: Anexo da portaria INMETRO nº 489/2010.

Os equipamentos que possuem ENCE são:
• Aquecedores de água a gás;
• Bombas e motobombas centrífugas;
• Condicionadores de ar;

• Edificações;
• Equipamentos de Aquecimento Solar de Água;
• Fogões e fornos domésticos a gás;
• Fornos de micro-ondas;
• Fornos elétricos comerciais;
• Lâmpadas;
• Lavadoras de roupa;
• Motores elétricos trifásicos;
• Refrigeradores, frigobares, combinados, combinados frost-free;
• Sistema de energia fotovoltaica;
• Televisores - standy-by;
• Transformadores de distribuição em líquido isolante;
• Veículos Automotivos (PBE veicular);
• Ventiladores.

Fonte: Inmetro (https://www.gov.br/inmetro/pt-br/assuntos/avaliacao-da-conformidade/programa-
brasileiro-de-etiquetagem/tabelas-de-eficiencia-energetica)

As classes de consumo são representadas na ENCE por uma faixa coloria e também uma
letra que corresponde a um intervalo de eficiência energética, conforme mostrado a seguir:

Figura 6 - faixas de CEE para condicionadores de ar

Fonte: Anexo da portaria INMETRO Nº 410/2013.

2.2 MICROCONTROLADORES

A automatização é um processo que permite o controle automático de processos e
também o controle eletrônico medição e monitoramento de processos. Segundo a Associação
Brasileira de Automação (GS1 BRASIL, 2020), “A automatização de processos tem como
objetivo fazer com que os métodos de trabalho sejam mais fáceis, sem a necessidade de
execução manual, abrindo caminho para uma atuação automática, padronizada e eficiente.”
Para realizar essa automatização, as grandes empresas e indústrias lançam mão do uso
de Controladores Lógicos Programáveis (CLP) que são dispositivos bastante robustos que
recebem dados e sinais vindos de sensores, botões, ou mesmo outros CLP’s, processam essas
informações e, respeitando sua programação, enviam sinais às suas saídas que são ligadas a
atuadores, sinaleiras dentre outros.

Figura 7 - Controlador Lógico Programável – CLP

Fonte: Eletrolico.
moeller&psig=AOvVaw2OeQirLvbmGK15ws1umO4x&ust=1619463742130000&source=images&cd=vfe
O grande desafio em usar um CLP para projetos residenciais é o custo elevado desse
equipamento que, na grande maioria das vezes, inviabiliza os projetos. Segundo Carlos Márcio
Freitas (FREITAS, 2013), esses equipamentos possuem várias vantagens, porém, apresentam
um alto custo de aquisição.
Como alternativa ao CLP temos os Microcontroladores que possuem basicamente os
mesmos princípios de funcionamento de um CLP, porém com um custo bem menor. Como o
CLP normalmente é um equipamento de uso industrial, precisa ter uma proteção maior e muita
redundância para evitar falhas no processo mesmo trabalhando em ambiente hostil com “chão
de fábrica”, isso faz com que seu processo produtivo seja mais complexo e tenha um custo
muito elevado, aumentando com isso o preço final do produto.

Figura 8 – Microcontroladores

Fonte: Vendertronic.
Fonte: http://www.vandertronic.com/p-content/uploads/2016/04/MCU.png

Já o microcontrolador é basicamente um chip e todas as proteções necessárias ao
equipamento para o projeto, devem ser feitas pelos projetistas, o que reduz de forma
significativa o valor do equipamento.
Temos no mercado várias alternativas de equipamentos específicos para a prototipagem
de projetos como: Arduino, Raspbarry PI, NodeMCU, BluePill dentre outros dispositivos que
inundam o mercado atual fazendo a produção aumentar e o preço cair de maneira significativa
permitindo cada vez mais o acesso a esses equipamentos que possuem sim uma excelente
qualidade e atendem, com muita propriedade, a etapa de prototipação da maioria dos pequenos
projetos que envolvam automação. Esses dispositivos podem aumentar em muito a
produtividade e tornam extremamente fácil de se desenvolver métodos de automação e
integração tecnológica, segundo Matheus Lomba (LOMBA, 2019).

Figura 9 – Microcontroladores para prototipagem

Fonte: Fernandok.

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fsmartybro.com%2F2020%2F04%2F2
0%2FpEsses dispositivos de prototipagem podem ser usados durante o desenvolver do projeto
para testes e validações, contudo na versão final do projeto será desenvolvido um hardware
específico para o projeto e nesse será utilizado um microcontrolador que atenda suas
necessidades específicas com isso não permitimos custos maiores que os necessários para
atendimento da demanda.

2.3 NODEMCU ESP8266

O NodeMCU Esp8266 é um microcontrolador muito popular na área de Internet das
Coisas (IoT). Ele é uma placa de desenvolvimento baseada no chip ESP8266, que possui Wi-
Fi integrado e é capaz de se comunicar com a internet. Além disso, ele é programável por meio
da linguagemLua, o que facilita muito o seu uso.
De acordo com Gomes et al. (2018), o NodeMCU Esp8266 é uma placa de
desenvolvimento de baixo custo e fácil de programar, que oferece uma interface de
programação amigável. Ele pode ser utilizado em diversos projetos de automação residencial,
monitoramento remoto de dispositivos e detecção de movimento, entre outros.

Figura 10 - NodeMCU Esp8266

Fonte: WJ Componentes Eletrônicos

O microcontrolador NodeMCU Esp8266 possui diversas vantagens em relação a outros
dispositivos de IoT. Segundo Montanaro et al. (2020), ele é um dispositivo de baixo custo e
fácil de programar, o que o torna uma opção interessante para projetos de automação residencial
e monitoramento remoto de dispositivos. Ele também possui uma ampla variedade de
bibliotecas disponíveis na internet, o que facilita bastante o seu uso.
Além disso, o NodeMCU Esp8266 é capaz de se comunicar com outros dispositivos por
meio do protocolo MQTT. Segundo Ribeiro et al. (2018), esse protocolo permite que o
microcontrolador envie e receba mensagens de forma assíncrona, o que o torna adequado para
projetos de IoT que requerem uma comunicação rápida e eficiente.

Figura 11 - Exemplo de projeto com NodeMCU Esp8266 para monitoramento de temperatura e umidade

Fonte: Blog da Robótica.

Entre as bibliotecas mais utilizadas para o NodeMCU Esp8266, destaca-se a
ESP8266WiFi, que permite a conexão do microcontrolador com a internet, e a Adafruit DHT,
que possibilita a leitura de dados de sensores de temperatura e umidade, como mostra Martins
et al. (2021).
Em resumo, o NodeMCU Esp8266 é um microcontrolador bastante versátil e de fácil
utilização, que possui diversas aplicações na área de IoT. Ele é uma opção interessante para
projetos de automação residencial, monitoramento remoto de dispositivos e detecção de
movimento, entre outros. Além disso, ele possui a capacidade de se comunicar com outros
dispositivos por meio do protocolo MQTT, o que o torna adequado para projetos que requerem
uma comunicação rápida e eficiente.

2.4 IOT – INTERNET DA COISAS

A Internet das Coisas (IoT) é uma tecnologia que tem o potencial de transformar o
mundo em que vivemos. Segundo um relatório da consultoria McKinsey, a IoT pode gerar um
valor econômico entre US$ 3,9 trilhões e US$ 11,1 trilhões por ano até 2025. A IoT pode ser
definida como "a conexão de objetos do mundo físico com a Internet" (Atzori, Iera, & Morabito,
2010), permitindo que estes objetos troquem dados entre si e com o ambiente ao seu redor.
A IoT tem aplicações em diversos setores, como a indústria, a saúde, o transporte e a
agricultura, entre outros. Na indústria, por exemplo, sensores IoT podem ser utilizados para
monitorar a saúde de máquinas e equipamentos, prever falhas e evitar paradas não programadas,
aumentando a eficiência operacional (Wang et al., 2019). Na agricultura, sensores IoT podem
ser utilizados para monitorar a qualidade do solo, a umidade do ar e do solo, e outras variáveis
ambientais, permitindo a adoção de práticas agrícolas mais sustentáveis e aumentando a
produtividade (Li, Liu, & Cheng, 2021).

Figura 12 – IoT - Internet das coisas

Fonte: Napratica.

No entanto, a adoção da IoT também apresenta desafios, como a segurança e a
privacidade dos dados (Roman, Zhou, & Lopez, 2013). Como afirmou um artigo da Forbes, a
IoT é um ecossistema complexo que envolve muitos dispositivos e aplicativos, o que significa
que a segurança deve ser uma prioridade para qualquer empresa que deseje implementar a
tecnologia com sucesso.

Além disso, a adoção da IoT exige uma infraestrutura de rede robusta e confiável para
funcionar corretamente (Gubbi, Buyya, Marusic, & Palaniswami, 2013). Como afirmou o CEO
da Cisco, Chuck Robbins, para a IoT se tornar realidade, precisamos ter uma rede que possa
suportar o grande volume de dados que a IoT produzirá.
Apesar dos desafios, a IoT é uma tecnologia promissora que está mudando a forma como
vivemos e trabalhamos. Aqueles que souberem aproveitar as oportunidades apresentadas pela
IoT poderão obter uma vantagem competitiva significativa no futuro.

2.5 CORRENTE ELÉTRICA

A corrente elétrica é um fenômeno físico que envolve o movimento ordenado de cargas
elétricas em um material condutor. Segundo Halliday et al. (2014), "corrente elétrica é a taxa
de fluxo de carga elétrica por unidade de tempo através de uma seção transversal de um
condutor". Essa movimentação ordenada de cargas elétricas é responsável pela geração de um
campo elétrico e, consequentemente, pela transferência de energia elétrica de um ponto a outro.
A corrente elétrica é medida em amperes (A), e a sua direção é dada pelo movimento
dos elétrons livres no material condutor. De acordo com Alonso e Finn (2007), "os elétrons
livres em um condutor metálico movem-se sob a influência de um campo elétrico externo, e
este movimento produz a corrente elétrica".
Existem dois tipos de corrente elétrica: corrente contínua (CC) e corrente alternada
(CA). A corrente contínua é unidirecional e é utilizada em dispositivos como baterias e pilhas,
enquanto a corrente alternada é bidirecional e é utilizada em sistemas de distribuição de energia
elétrica. Segundo Silveira (2018), "a corrente alternada é uma forma de corrente elétrica que
varia periodicamente de direção e intensidade".
A corrente elétrica é um fenômeno importante na eletricidade e na eletrônica, e é
utilizada em uma variedade de aplicações, desde dispositivos eletrônicos simples até sistemas
de distribuição de energia elétrica em larga escala. Como destacado por Tavares et al. (2017),
"o conhecimento sobre a corrente elétrica é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias
e sistemas elétricos eficientes e seguros".

Figura 13 – Exemplo de fluxo de corrente elétrica em um circuito simples

Fonte: Brasil Escola – UOL.

2.6 SENSOR DE CORRENTE ACS712

O Sensor de Corrente ACS712 é um dispositivo amplamente utilizado para medir
corrente elétrica em diversos projetos eletrônicos. De acordo com Chengxin and Naiding
(2018), "o ACS712 é um sensor de corrente de efeito Hall linear, que fornece uma tensão
proporcional à corrente que flui através de um condutor". O dispositivo é capaz de medir
corrente de até 30A com uma precisão de 1,5%, o que o torna uma escolha popular para muitos
projetos.

Figura 14 - Sensor De Corrente Acs712

Fonte: Mercadolivre.

O ACS712 opera em uma faixa de tensão de alimentação de 4,5 a 5,5 volts e tem uma
faixa de tensão de saída de 0 a 5 volts. De acordo com Chen et al. (2019), "o ACS712 é
amplamente utilizado em sistemas de controle de energia, inversores de frequência, detecção
de sobrecarga, proteção contra curto-circuito e outras aplicações de monitoramento de
corrente". Além disso, o sensor é capaz de detectar corrente bidirecional, o que significa que
pode ser utilizado para medir tanto corrente de entrada quanto de saída em um circuito.
Para utilizar o ACS712 em um projeto, é necessário conectar o pino de saída do sensor
a um conversor analógico-digital (ADC) ou a um microcontrolador. A partir daí, a leitura da
corrente pode ser processada e exibida por meio de um display ou de um sistema de
comunicação sem fio. Segundo Lázaro et al. (2018), "a saída do ACS712 é linear com a corrente
medida e proporciona uma boa precisão e estabilidade na leitura".
Uma das vantagens do ACS712 em relação a outros sensores de corrente é sua
capacidade de isolamento galvânico. De acordo com Gopinath and Reddy (2016), "o ACS712
possui um caminho de corrente integrado, o que ajuda a isolar o circuito de medição do circuito

principal". Isso significa que o sensor é capaz de medir a corrente sem interferência do circuito
em que está inserido.
Em resumo, o Sensor de Corrente ACS712é um dispositivo amplamente utilizado para
medir corrente elétrica em diversos projetos eletrônicos. Sua precisão, linearidade e capacidade
de isolamento galvânico o tornam uma escolha popular para muitas aplicações. Com seu uso, é
possível obter uma leitura precisa e estável da corrente em um circuito, o que ajuda a garantir
a segurança e a eficiência do sistema em que está inserido.

2.7 TENSÃO ELÉTRICA

A tensão elétrica, também conhecida como diferença de potencial elétrico, é uma
grandeza fundamental da eletricidade que representa a capacidade de uma fonte de energia
elétrica para mover cargas elétricas de um ponto para outro em um circuito elétrico. Segundo
Dias (2011), a tensão elétrica é medida em volts (V) e é definida como a razão entre a energia
elétrica transferida e a carga elétrica que se moveu através do circuito.

Figura 15 - Tensão elétrica

Fonte: Embrasul.

A tensão elétrica é um dos principais fatores que influenciam a corrente elétrica em um
circuito. Conforme explica Helou (2015), "a corrente elétrica é o movimento ordenado de
cargas elétricas, impulsionadas pela diferença de potencial elétrico entre dois pontos do circuito
elétrico" (p. 59). Ou seja, a tensão elétrica é o que "empurra" os elétrons em um circuito elétrico,
permitindo que a corrente elétrica flua.
Um exemplo prático da importância da tensão elétrica é a transmissão de energia elétrica
em grandes distâncias. Conforme destaca Azevedo (2017), "quando a tensão elétrica é elevada,
a perda de energia durante o transporte é menor, o que permite a transmissão de grandes
quantidades de energia elétrica por longas distâncias" (p. 45). Isso ocorre porque a tensão
elétrica elevada permite que a corrente elétrica seja menor, reduzindo as perdas por efeito Joule,
que é a dissipação de energia elétrica em forma de calor.

Na prática, a tensão elétrica pode ser medida por meio de um voltímetro, que é um
instrumento de medição elétrica capaz de indicar a diferença de potencial elétrico entre dois

pontos de um circuito. Segundo Faria e Eiras (2005), "o voltímetro é um instrumento sensível
que deve ser conectado em paralelo com a carga a ser medida, de forma que a sua resistência
interna seja elevada, minimizando o efeito de carga sobre o circuito" (p. 36).
Em resumo, a tensão elétrica é uma grandeza fundamental da eletricidade que representa
a capacidade de uma fonte de energia elétrica para mover cargas elétricas de um ponto para
outro em um circuito elétrico. Ela é medida em volts e influencia diretamente a corrente elétrica
em um circuito, além de ter um papel importante na transmissão de energia elétrica em grandes
distâncias.

3 CONSUMO ENERGÉTICO

O consumo energético é um tema de extrema importância para o desenvolvimento
econômico e social das nações. No entanto, a forma como a energia é consumida pode ter
impactos significativos no meio ambiente e na qualidade de vida das pessoas. Nesse sentido, é
necessário adotar práticas sustentáveis para minimizar esses impactos.

Segundo o autor brasileiro, Célio Bermann, a utilização de energia no mundo é desigual,
havendo países que consomem muita energia e outros que consomem pouco. Esse desequilíbrio
é um reflexo das diferenças de desenvolvimento econômico entre as nações (BERMANN,
2011).
De acordo com o estudo da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), em 2020, a matriz
energética brasileira era composta principalmente por hidrelétricas, que representavam 62,6%
da geração total de energia elétrica, seguida por fontes renováveis, como biomassa e eólica,
com 9,6% e 9,1%, respectivamente. As fontes não renováveis, como o gás natural e o carvão,
representaram 8,3% e 7,1% da matriz energética, respectivamente (EPE, 2021).
O uso de fontes de energia renováveis é importante para reduzir a emissão de gases de
efeito estufa na atmosfera, pois essas fontes apresentam um impacto ambiental menor que as
fontes não renováveis. Segundo a autora brasileira, Mirna Izabel Nonato, a utilização de fontes
de energia limpa e renovável é fundamental para a sustentabilidade energética do planeta
(NONATO, 2016).
Além disso, a redução do consumo energético é outra medida importante para mitigar
os impactos ambientais causados pelo consumo de energia. Segundo o autor brasileiro,
Reinaldo Pacheco da Costa, a redução do consumo de energia pode ser alcançada por meio de
práticas de eficiência energética, como o uso de lâmpadas de LED e a adoção de práticas de
gestão de energia em edificações (COSTA, 2019).
Outra medida importante para a redução do consumo energético é a conscientização da
população em relação ao uso da energia. Segundo o autor brasileiro, Fabio Feldmann, a
mudança de comportamento da população é fundamental para a construção de um futuro
sustentável (FELDMANN, 2015).
Portanto, é fundamental que as nações adotem medidas para reduzir o consumo
energético e promover a utilização de fontes de energia renováveis e limpas. Somente assim
será possível garantir um futuro sustentável para as próximas gerações.

4 ESTADO DA ARTE

Neste capítulo serão descritos três artigos relacionados a sistemas de monitoramento e
controle do consumo energético residencial e mostradas soluções do mercado atual para esse
tipo de monitoramento.

4.1 Sistema para Monitoramento e Controle Remoto do Consumo de
Energia no Centro de Informática

Este artigo tem como autora (BARBOSA, 2017) e tem como objetivo criar e analisar os
resultados de um sistema de monitoramento de consumo energético de um centro de informática
como amostragem para validação do sistema.
Atualmente, o consumo racional de energia é um dos temas mais debatidos dentro do
contexto de sustentabilidade, visto que a maior parte da energia consumida vem de fontes não
renováveis (PAULA, 2013). Considerando o modelo atual para gerenciamento do consumo de
energia no país, não existem informações suficientes que possibilitam ao consumidor entender
como está sendo a utilização do consumo elétrico dentro de sua residência. As únicas
informações disponíveis vêm por meio de faturas que informam apenas o valor do consumo
mensal e o histórico do consumo dos últimos doze meses (COELHO, 2015).
Segundo a autora, para resolver os problemas encontrados neste modelo atual, surge o
que se conhece por Smart Grid (SG). Smart Grid é uma rede elétrica inteligente, resultante da
inclusão de dispositivos embarcados na rede elétrica. Estes dispositivos são responsáveis pelo
gerenciamento da energia consumida, coletando informações da rede. Estas informações podem
servir para geração de relatórios ou gráficos, possibilitando ao consumidor uma visão mais clara
de como está sendo o consumo energético em sua residência. Um exemplo disto é a
possibilidade de mostrar quais dos equipamentos eletrônicos consomem mais energia. Com
isto, medidas de conscientização para economia do consumo de energia podem ser tomadas.
A autora utilizou para este trabalho, como base a infraestrutura do Centro de
Informática, aqui chamado de (CIn). O CIn possui diversos setores como, por exemplo,
laboratórios (contendo desktops e outros equipamentos eletrônicos), salas de aula, salas para
professores e banheiros, conforme descrito pela autora. Estes diferentes setores são
constantemente frequentados por um número considerável de pessoas, incluindo alunos,
professores, funcionários e visitantes. Dentre os diversos setores que fazem parte do CIn,

praticamente todos os espaços são completamente refrigerados, tendo em vista a grande
quantidade de máquinas disponíveis nos laboratórios, associado ao diferencial que o CIn
oferece de funcionar 24hs por dia nos 7 dias da semana. Tais aspectos contribuem para que o
CIn tenha um consumo de energia bastante elevado.
O sistema proposto pela autora, possibilitará ao usuário uma visãomais clara do
consumo de energia dentro do centro de informática. Será possível o gerenciamento do
consumo elétrico de forma remota, via browser. O acesso remoto visa facilitar para o usuário o
monitoramento da energia consumida. O sistema contará com informações como o histórico de
consumo por equipamento, porcentagem de consumo por equipamento, entre outras, sendo
possível a adoção de medidas para economia de energia.

4.2 Monitoramento e Controle Energético Residencial via Smartphone

Artigo submetido por (MISSON, 2016) à UFOP (Universidade Federal de Ouro Preto)
tem como objetivo controlar equipamentos residenciais, poder ligá-los e desligá-los e monitorar
seu consumo de energia por meio de smartphones.
O autor reitera que o consumo de energia no Brasil se tornou um dos temas mais
polêmicos da atualidade. Isso se deve a uma variedade de fatores, como o consumo
descontrolado da população, a alta demanda de produção e o custo crescente dessa energia no
país.
O fornecimento de energia elétrica, conforme o autor, está em linha com os principais
fatores de desenvolvimento nacional, de modo que a energia elétrica se tornou uma variável
estratégica para o crescimento esperado. Com esse crescimento, é claro, o sistema de produção
de energia elétrica terá consequências, pois existe em todos os aspectos do consumo final
individual e coletivo e também é um importante fator de produção (BORENSTEIN;
CAMARGO; CUNHA; SANTANA; PINTO; ARAÚJO, 1999). O setor de energia do Brasil é
muito diversificado, porque o país tem uma grande rede de abastecimento de água, a maior
parte de sua produção vem de usinas hidrelétricas. Embora sejam fontes de energia renováveis,
seu impacto ambiental é muito grande. Além disso, o país possui outras fontes importantes de
energia, como a termelétrica e a eólica.
O autor afirma que a eletricidade é a base da humanidade, por isso deve ser utilizada de
forma racional para contribuir com a proteção do meio ambiente. O aumento do desperdício de
energia elétrica inevitavelmente significará um aumento na geração de energia instalada. Esse

aumento representa custos elevados em termos de investimento em meio ambiente e
equipamentos (MARTINS; ALVEAL; SANTOS, 1999). O setor residencial é responsável por
aproximadamente 26% do consumo total de eletricidade do Brasil, e esse consumo deve
aumentar até 2022 (EPE, 2012). Para que os usuários domésticos possam controlar efetivamente
o consumo de energia, é necessário acessar facilmente as informações relacionadas ao consumo
de energia utilizada.
Uma das alternativas viáveis que vem ganhando popularidade no mercado é o uso da
automação residencial. Segundo (MURATORI e DAL BÓ, 2013), a automação residencial
inclui a automação e o controle aplicado ao domicílio. Isso é feito por meio de dispositivos que
estão interligados com os diversos ambientes da casa, podendo seguir as instruções do programa
previamente estabelecido, podendo alterá-lo de acordo com os interesses do usuário. Portanto,
além de vários outros aplicativos que podem ser continuamente atualizados, essa automação
também pode melhorar a qualidade de vida e o conforto, reduzir o trabalho doméstico, melhorar
a felicidade e a segurança.
Recentemente, novas tecnologias continuam a surgir para melhorar o ensino e a coleta
de informações. De acordo com (CIOCARI, 2013), relacionado à automação residencial e
visando o conforto do usuário, dispositivos móveis como smartphones podem ser usados cada
vez mais como recursos de comunicação na vida das pessoas e para monitorar e controlar o
consumo de energia doméstica. Esses dispositivos utilizam o sistema Android como principal
sistema operacional, que é uma plataforma prática, dinâmica e poderosa. Segundo
(ROVADOSKI; PAWAN; DALBOSCO E CERVI 2012), o desenvolvimento da mobilidade
permite que esses dispositivos móveis proporcionem aos usuários comunicações a qualquer
hora e em qualquer lugar, promovendo uma maior acessibilidade.
Segundo o autor o objetivo do projeto é o desenvolvimento de um sistema de automação
residencial que permita ao usuário monitorar o consumo de energia elétrica da casa, assim como
ter informações sobre o custo desta. Além do monitoramento, o usuário poderá fazer o controle
dos equipamentos elétricos residenciais por meio de um aplicativo que será criado para
Smartphones.

4.3 Avaliação do consumo de energia elétrica do setor residencial brasileiro:
propostas de ações governamentais para o aumento de sua eficiência.

Com o desenvolvimento social e econômico do Brasil nas últimas duas décadas, as
pessoas adquiriram mais bens de consumo, levando a um rápido aumento no consumo de
energia, o que requer um grande investimento em geração e transmissão de energia.
Por outro lado, os órgãos governamentais responsáveis pelo consumo de energia têm
realizado ações de baixa representatividade para melhorar a eficiência energética dos
eletrodomésticos mais influentes, o que reduzirá as necessidades de investimento.
Este trabalho determina quais projetos têm maior impacto no consumo de energia
elétrica do setor residencial e quais tecnologias em todo o mundo podem ser utilizadas para
reduzir seu consumo.
Por meio de um modelo baseado na econometria, estima-se que será avaliada a demanda
de energia elétrica residencial no Brasil até 2030. Se as isenções tributárias forem utilizadas
para estimular o uso de tecnologias mais eficientes ao longo dos anos, bons resultados podem
ser alcançados.
Através da avaliação econômica e financeira, analisa-se o impacto da redução da
tributação nacional e da redução da produção de energia e da procura de investimento em
transporte.
Por fim, uma série de ações governamentais são propostas para que o país possa manter
de forma sustentável políticas com maior desempenho na eficiência energética do setor
residencial.

4.4 Soluções do mercado atual para monitoramento de consumo energético
de equipamentos residenciais

No mercado atual temos alguns sistemas de monitoramento de consumo energético
disponíveis, em sua grande maioria para grandes empresas e indústrias devido à alta demanda
e o alto custo desses sistemas, contudo, não encontramos alternativas viáveis, de baixo custo
que apresentem boa interface, informações confiáveis e úteis ao usuário.
Grande parte dos monitores de energia residencial são pequenos aparelhos que ligados
a uma tomada e configurados, permitem que sejam monitoradas as grandezas elétricas e com
isso o consumo de algum aparelho ligado a ele. Esse processo é complicado e precisa passar
por ajustes constantes o que não o torna atrativo e viável.

Figura 16 - Monitor de consumo energético de equipamento

Fonte: Mercadolivre.

Outros tipos de dispositivos são aplicados à um circuito específico ou mesmo ao circuito
geral da residência, porém não mostra informações de forma amigável e, como o anterior,
necessita de configuração, e após o monitoramento por um tempo determinado, necessita que
o usuário recolha os dados lidos e os compare com valores de tarifas fornecidos pela
concessionária de energia para que tenha informações relevantes.

Figura 17 - Monitor de consumo energético de circuito

Fonte: Mercadolivre.

Uma característica comum a todos esses sistemas é não ter informações de qualidade
em tempo real muito menos uma boa interação com o usuário do sistema, partindo do princípio
que este é apenas um usuário e não um técnico treinado para configuração e operação de um

sistema complexo os sistemas existentes não atendem a proposta desse trabalho necessitando
assim a criação de um sistema totalmente novo.

4.5 Conclusão

Com os artigos apresentados, percebe-se que a energia elétrica tem se tornado um
insumo muito importante para as famílias brasileiras pesando, cada dia mais, na renda familiar
sendo necessário assimseu monitoramento, controle de consumo e também o uso eficiente cada
dia mais.
Temos atualmente na automação e controle residencial um crescimento e ganho de
importância com assistentes pessoais a conectividade dos eletroeletrônicos como: Televisores,
aparelhos de ar condicionado, lâmpadas inteligentes dentre outros dispositivos que a cada dia
tem se tornado mais e mais inteligentes e demandam o uso de energia elétrica.
O primeiro artigo apresentado propõe um sistema de monitoramento de um Centro de
Informática para que seja possível levantar os maiores vilões no consumo energético e com isso
realizar ações para a redução do consumo. Isso demonstra que a busca por soluções que
permitam o monitoramento do consumo residencial de energia elétrica é uma preocupação
comum.
O segundo artigo traz uma proposta de uso do smartphone como alternativa de interface
com o usuário para o monitoramento do consumo energético residencial, uma proposta que traz
essa preocupação para o público usuário de smartphones e levanta a discussão em torno do
controle do consumo energético residencial.
O terceiro artigo, que se trata de uma tese de doutorado, avalia, de uma maneira muito
ampla, o consumo energético no setor residencial brasileiro e aponta as preocupações com a
expansão dos sistemas de geração e transmissão de energia elétrica haja vista o crescente
aumento da demanda por esse insumo e políticas governamentais e investimentos insuficientes
na matriz energética nacional.
Todos esses artigos trazem a necessidade do monitoramento e controle do consumo
energético residencial que é a proposta do sistema de trabalho de conclusão de curso.
Os sistemas atuais, supra citados, possuem aplicações bastante específicas ou mesmo
exigindo um bom conhecimento técnico do usuário para o seu uso, mostrando não atenderem a
demanda que o projeto aqui desenvolvido atende no monitoramento de equipamentos de
maneira individualizada e sem a necessidade de muitas configurações por parte do usuário final.

5 DESENVOLVIMENTO

5.1 Configuração da plataforma de desenvolvimento Arduino IDE

Para o desenvolvimento do projeto foi utilizada a plataforma Arduíno IDE devido a
grande quantidade de bibliotecas disponíveis e a grande compatibilidade com os hardwares
existentes no mercado de prototipação.

Figura 18 – Tela inicial da plataforma Arduino IDE

Fonte: Autoria própria (2023).

Como o microcontrolador escolhido para o desenvolvimento foi o NodeMCU ESP8266
foi necessário a instalação das bibliotecas deste hardware na IDE do Arduíno. Inicialmente o
link do repositório das bibliotecas do microcontrolador em questão deve ser adicionado nas
preferências da IDE na opção “URLs Adicionais para Gerenciadores de Placas:” para que as
bibliotecas possar ser encontradas pela IDE.

Figura 19 - Acessando o menu Preferências do Arduino IDE

Fonte: Autoria própria (2023).

Figura 20 - Menu preferências do Ardunio IDE

Fonte: Autoria própria (2023).

Para que a plataforma estivesse preparada para o desenvolvimento com o
microcontrolador NodeMCU ESP8266 foi necessária a instalação do suporte ao ESP8266 para
que a comunicação entre o microcontrolador e a plataforma ficasse correta. Isso foi feito
abrindo o “Gerenciador e Placas”:

Figura 21 - Menu Gerenciador de Placas

Fonte: Autoria própria (2023).

Logo em seguida digitando ESP8266 na barra de pesquisa será exibido o pacote que dá
suporte ao ES8266 na plataforma Arduino IDE, o mesmo foi instalado.

Figura 22 - Janela do Gerenciador de Placas

Fonte: Autoria própria (2023).

Após realizada a instalação foi selecionada a placa seguindo o seguinte Menu:
Ferramentas > Placa > ESP8266 Boards (3.1.1) > NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module), Feito isso

o ambiente está pronto para o desenvolvimento e programação com o microcontrolador
NodeMCU ESP8266.

Figura 23 - Menu de seleção da placa (microcontrolador)

Fonte: Autoria própria (2023).

Nas outras etapas do desenvolvimento serão incluídas as bibliotecas necessárias e esse
repositório será utilizado para essa tarefa.

5.2 Leitura e calibragem da Corrente Elétrica

Para realizar a calibração do sensor de corrente foi utilizado o seguinte código:

Figura 24 - Código de calibração do sensor de corrente

Fonte: Autoria própria (2023).

Na linha 3 está o valor que deve ser calibrado utilizando como referência um
amperímetro confiável em série com o circuito. Nesse projeto foi utilizado um multímetro
Minipa ET|-2082C para essa medição e calibração.

Figura 25 - Medida de corrente elétrica

Fonte: Autoria própria (2023).

Ligou-se o pino OUT do sensor de corrente à entrada analógica A0 do microcontrolador
e sua alimentação às saídas de alimentação do próprio controlador. Ao ser ligado o sistema
utilizou-se o monitor serial para o monitoramento da leitura de corrente e observou-se que o
mesmo apresentou leituras diferentes às do amperímetro de referência, com isso o valor de
calibração foi ajustado até conseguir-se um valor de leitura idêntico à leitura do amperímetro
do multímetro.

Figura 26 - Execução da calibração

Fonte: Autoria própria (2023).

Figura 27 - Comparativo do valor do amperímetro com o sensor de corrente

Fonte: Autoria própria (2023).

Após esse processo o sensor ficou calibrado e pronto a fornecer a medida de corrente
elétrica, tendo como carga uma lâmpada halógena de 72 Watts ligada a uma rede elétrica de
corrente alternada com 127V.

5.3 Definição da Tensão Elétrica

A tensão elétrica aplicada à carga será definida e não medida, nas residências temos
apenas duas tensões normalmente aplicadas às cargas comuns sendo elas 127 (cento e vinte e
sete) ou 220 (duzentos e vinte) volts alternados não sendo, a princípio, necessária a medição
desta tensão para o cálculo da potência elétrica.

Figura 28 - Medida da Tensão Elétrica

Fonte: Autoria própria (2023).

5.4 Cálculo do consumo energético

O consumo energético é medido em KWh/Mês, ou seja, quantos mil watts por hora em
um mês o equipamento está consumindo. As concessionárias de energia utilizam-se dessa
medida para calcular o consumo mensal da unidade consumidora.
Como o intuito desse projeto é calcular de maneira individualizada o consumo
energético de um equipamento e para isso será monitorado o consumo de corrente elétrica
consumida por esse equipamento lançamos mão da lei de Ohm para calcularmos a potência
consumida por este equipamento utilizando a seguinte fórmula:
𝑷 = 𝑽 × 𝑰
Onde:
P – É a potencia elétrica medida em Watts;
V – É a tensão elétrica medida em Volts;
I – É a corrente elétrica medida em Amperes.

Assim para calcularmos o real consumo do equipamento devemos acrescentar o fator
tempo na equação e também lembramos que o consumo é medido no múltiplo do Watt o
Quilowatt (Watt x 103) e isso também deve ser considerado na fórmula de conversão da
potencia consumida para o real consumo energética.
Teremos então a seguinte fórmula:
𝐶 =
(
𝑃
1000) × 𝑇
30

Onde:
C – Consumo energético mensal medido em KWh/Mês;
P – Potência elétrica medida em Watt;
T – Tempo de consumo medido em horas;
30 – É uma constante que se refere a um mês.

Foi criado então um algoritmo para que esse cálculo fosse efetuado e sua validação
inicial se deu medindo o consumo de uma lâmpada led de 20Watts de potência ligada a uma
rede fornecedora de energia com a tensão alternada de 127 Volts por 30 minutos.
Calculando este consumo temos:
𝐼 =
𝑃
𝑉

𝐼 =
20
127

𝐼 = 0,15748𝐴 ≅ 0,16𝐴

Sabemos que a potencia nominal da lâmpada não reflete em seu real consumo então foi
medido o sou consumo com o amperímetro e o resultado obtido foi:

Figura 29 - Corrente consumida pela lâmpada

Fonte:Autoria própria (2023).

Utilizamos o valor medido para o cálculo comparativo, assim sendo:
𝑃 = 𝑉 × 𝐼
𝑃 = 127 × 0,11
𝑃 = 13,97𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠

𝐶 =
(
𝑃
1000) × 𝑇
30

𝐶 =
(
13,97
1000 ) × 0,5
30

𝐶 = 0,000233𝐾𝑊ℎ/𝑀ê𝑠

Figura 30 - Medida do consumo da lâmpada

Fonte: Autoria própria (2023).

Podemos perceber uma pequena diferença entre o valor medido e o calculado dando
uma diferença de aproximadamente 0,000001 KWh/Mês o que considero aceitável devido
várias variáveis envolvidas na construção do protótipo como: fiação, emendas, conexões e
características de resolução do próprio sensor medidor de corrente.

O código para esse cálculo na plataforma Arduino IDE ficou da seguinte maneira:

Figura 31 - Código fonte da medida de consumo

Fonte: Autoria própria (2023).

5.5 Criação do Web Server Local

Para a criação do Web Server foram utilizadas as bibliotecas Wire, ESP8266WiFi,
WiFiClient, ESP8266WebServer e ESP8266mDNS. A função deste servidor será de enviar a
uma página web local, que poderá ser acessada pelo IP de qualquer dispositivo conectado à
mesma rede do microcontrolador por meio de um navegador de internet, os dados de consumo,
medição de corrente elétrica e potencia do equipamento que estará sendo monitorado.
O código do Web Server ficou da seguinte maneira:

Figura 32 - Código fonte do Web Server

Fonte: Autoria própria (2023).

A tela do monitor serial mostra as seguintes informações:

Figura 33 - Resposta do Web Server no Serial Monitor

Fonte: Autoria própria (2023).

A tela do Web server quando acessada por um navegador de internet de um computador
fica da seguinte maneira:

Figura 34 - Tela do Navegador de internet com os dados do Web Server

Fonte: Autoria própria (2023).

Já quando acessada por um dispositivo móvel mostra a seguinte tela:

Figura 35 - Tela do navegador do smartphone com os dados do Web Server

Fonte: Autoria própria (2023).

6 CONCLUSÃO

O projeto teve como objetivo prover a medição do consumo energético individualizado
de uma carga residencial e assim permitindo ao usuário desse sistema o monitoramento do
consumo de seus eletrodomésticos e outras cargas nas quais podem gerar um impacto no
consumo total de uma residência.
Foi proposto o uso de um microcontrolador e um sensor de corrente elétrica para captura
dos dados necessários ao monitoramento e o mesmo se mostrou bastante preciso comparado a
um equipamento profissional que foi utilizado para comprovação da eficácia das medições
obtidas com o sensor de medida de corrente elétrica utilizado no projeto.
Os dados também forma disponibilizados por meio de um Web Server e para isso foi
utilizado o microcontrolador NodeMCU Esp8266 pois ele possui um bom processamento e
oferece de maneira nativa uma forma de conexão à rede WiFi que é essencial para a construção
do Web Server não necessitando assim o acréscimo de outras placas com isso deixando o
sistema menos suscetível a falhas na montagem.
Considerando os impedimentos que surgiram durante o desenvolvimento do projeto
como falha de componentes, incompatibilidade de algumas placas, o desenvolvimento foi feito
de uma maneira aceitável atendendo aos objetivos iniciais e deixando um sentimento de
possíveis melhorias futuras.

7 TRABALHOS FUTUROS

Para futuras melhorias desse projeto sugere-se o desenvolvimento de um sistema
automático de deteção de tensão permitindo ampliar a aplicação a uma maior gama de
equipamentos e também melhorando a intuitividade na implantação e uso do sistema não
necessitando indicar a tensão em que o sistema está sendo conectado.
Permitir o monitoramento on-line do consumo por meio de um aplicativo dedicado a
esse sistema e nesse aplicativo permitir levantamentos estatísticos dos dados criados pelo
sistema.
Criação de um microcontrolador dedicado a esse sistema já contendo os sensores
necessários para todas as funcionalidades propostas permitindo com isso a miniaturização do
sistema e também o encapsulamento de uma maneira a se adaptar ao ambiente residencial sem
necessidade de alterações significativa.

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