TCC 2 Eng Elet Chuveiro Eletrico com Controle de Temperatura 2017 II (Reparado)

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTÁCIO RADIAL DE SÃO PAULO
Regulador de Temperatura da Água de Banho em Chuveiro Elétrico Comercial
GUSTAVO RUBIN
LUCAS LEANDRO DE ALMEIDA FONSECA
LUIZ AUGUSTO MOTA DOS REIS
NEEMIAS MACHADO ASSIS DA SILVA
SÃO PAULO, DEZEMBRO DE 2017
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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTÁCIO RADIAL DE SÃO PAULO
Regulador de Temperatura da Água de Banho em Chuveiro Elétrico Comercial
Trabalho de conclusão de curso submetido à banca para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica
GUSTAVO RUBIN - RA 201308005491
LUCAS LEANDRO DE ALMEIDA FONSECA - 201307088651
LUIZ AUGUSTO MOTA DOS REIS - - 201509425179
NEEMIAS MACHADO ASSIS DA SILVA - 201602558647
Orientador: Prof. Dr. Edison Russo
SÃO PAULO, DEZEMBRO DE 2017
Centro Universitário Estácio Radial - Vila dos Remédios -SP
FICHA CATALOGRÁFICA
BANCA EXAMINADORA
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“As pessoas costumam dizer que a motivação não dura sempre.
Bem, nem o efeito do banho, por isso recomenda-se diariamente. ”
Zig Ziglar
“Sonhos determinam o que você quer. Ação determina o que você conquista. ”
Aldo Novak 
Dedicamos esta monografia a todos aqueles que nos apoiaram durante anos, aos nossos pais e aos entes queridos.
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AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus por nos proporcionar este momento de glória e satisfação em nossas vidas.
A nossos pais por sempre acreditarem em nossas capacidades;
A nosso orientador Edison Russo, pelo apoio e por compartilhar seus conhecimentos.
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LISTA	S DE ILUSTRAÇÕES (FIGURAS, QUADROS, TABELAS, GRÁFICOS E OUTROS 
LISTAS DE FIGURAS
Figura 3 –	 
LISTA DE SIGLAS
DNAEE	... 	Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- 
LISTA DE SÍMBOLOS
I²R 		Produto do quadrado da Corrente pela Resistência
∆V 		Queda de tensão [V]
 R 		Resistência [Ω] 
I 		Corrente total [A] 
ϕ 		Ângulo do fator de potência 
X 		Reatância [Ω] 
Ikvar		Corrente da potência Reativa em [var]
P=V.I 		Potência elétrica (dada pelo produto da corrente pela tensão)
Fp		fator de potência na carga
Pat		componente ativo da potência, em kW ou em seus submúltiplos 
e múltiplos;
RESUMO
 
.
Palavras-chave: 
ABSTRACT
 
Keywords: 
SUMÁRIO
171.	Introdução	�
171.1	Justificativa	�
181.2	Objetivo	�
181.3 Organização da monografia	�
202.		�
273.		�
273.1.	Potência Elétrica	�
284.TIPOS DE CARGAS	�
284.1 Cargas Resistivas	�
295.	�
295.1 Conceitos básicos	�
30	�
30	�
355.4	Capacitores	�
355.4.1. Princípios básicos	�
40Metodologia	�
40Metodologia	�
41Instrumentos Utilizados	�
47APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS	�
48 Discussão	�
50CONSIDERAÇÕES FINAIS	�
53REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	�
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�
Introdução
Justificativa
Nas discussões acadêmicas, em sala de aula, durante o curso de engenharia elétrica e reiteradas visitas técnicas realizadas em lojas de materiais de construção, constatamos a inexistência no mercado de chuveiros elétricos ou equipamentos com displays que possibilitam o controle e a identificação da temperatura da água de banho. A falta desses equipamentos, significa aos usuários desses chuveiros a impossibilidade de escolher a temperatura da água de banho que desejam, além de expor pessoas com mobilidades reduzidas, crianças e idosos, a riscos de choques elétricos e outros desconfortos. Desta forma, considerando tais circunstâncias, concebemos um dispositivo capaz de suprir essa demanda.
Objetivo
Conceber e construir um equipamento eletroeletrônico para acoplar em chuveiro elétrico que possibilite facilitar o controle da temperatura da água e consequente conforto no banho, reduzindo desconfortos pelo superaquecimento ou resfriamneto da água além de riscos de queimaduras durante o banho, especialmente em crianças, idosos e pessoas com mobilidade reduzida.
Objetivo específico
Projetar e executar um circuito eletroeletrônico, usando o PIC 16F877A e um LCD 16L, harmonizados com outros components eletrônicos conectados ao circuito elétrico de uma edificação capaz de controlar a resistência elétrica de chuveiros elétricos. Para tanto, fizemos simulações em Proteus, buscando ajustar os parâmetros para produção de um protótipo, inicialmente testado em um protoboard, que possa controlar o incremento e o decremento da variação de tensão na resistência do chuveiro.
Organização da monografia
 	Primeiramente fizemos um levantamento bibliográfico e seleção da possível bibliografia básica e complementar que pudesse orientar e fundamentar os procedimentos metodológicos aplicados ao presente projeto e consequente análise/síntese dos dados levantados. 
A monografia está organizada da seguinte maneira: o capítulo um discute a fundamentação teórica da pesquisa, mostrando os principais conceitos aplicados no projeto;
O capítulo dois apresenta os procedimentos metodológicos empregados na pesquisa; o capítulo três apresenta e analisa os resultados obtidos; o capítulo quatro discute os resultados, sintetiza conclusões preliminares quanto a concepção, elaboração do circuito eletroeletrônico e a consolidação do protótipo em placa impressa com a fixação dos componentes eletrônicos inicialmente em protoboard e posteriormente com solda; além dos testes realizados em laboratório com uso do osciloscópio. Por fim, o capítulo cinco apresenta as considerações finais e propõe futuros estudos para aprimoramento do projeto. 
Capítulo 1 – Fundamentação Teórica
POTÊNCIA ELÉTRICA
Em um sistema como mostrado na figura, a potência fornecida a uma carga em qualquer instante é definida pelo produto da tensão aplicada pela corrente resultante (BOYLESTAD, 2008), ou seja:
P= V.I 
Figura – Representação de uma carga resistiva
Nos circuitos puramente resistivos (como é mostrado na figura ), 
Figura - Representação de um circuiro resistivo
V e i estão em fase e Ɵ = 0º, Fazendo =0º na equiação , obtivemos(BOYLESTAD,2008):
PR= VI cos (0º )(1-cos2 wt) + VI sen (0º ) sen 2 wt = VI (1- cos 2 wt) +0 
Capacitores
Princípios básicos 
		Os capacitores são equipamentos capazes de acumular eletricidade. São constituídos basicamente de duas placas condutoras postas frontalmente em paralelo e separadas por um meio qualquer isolante, que pode ser o ar, papel, plástico, etc (MAMEDE, 2003)
Fig. campo elétrico de um capacitor		Fig. campo elétrico de um capacitor
 
Capítulo 2 - Procedimentos metodológicos, equipamentos e materiais
 Os dados foram analisados 
Lista de materiais
Capítulo 3 - APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
Testes em laboratório com protoboard:
A fonte de alimentação:
Trilhas do circuito impresso
Capítulo 4 – Discussão dos Resultados
Circuito eletroeletrônico
Bloco 1 – fonte de alimentação (com varistor e regulador de tensão)
Bloco 2 – Detector de zeros (Zero crossing)
Bloco 3 – Schmitt Strigger – enquadramento de onda (zero out)
Bloco 4 – PIC 16F877A com crystal oscilador
Bloco 5 – TRIAC
Bloco 6 – LCD
Bloco 7 – Botões Incremento, Decremento e Reset
DESCRITIVO DOS BLOCOS DE FUNCIONAMENTO DA PLACA DE CONTROLE
A placa de controle foi dividida em blocos de funcionamento, sendo alocados no projeto por função, oferecendo maior organização e melhor análise. Todo o funcionamento da placa é dependente do bloco de alimentação, responsável por gerar alimentação de 5V para toda a placa e fornecer sinal continuo pulsante para o bloco detector de zero, usado paragerar o sincronismo do disparo do Triac através do bloco de controle.
O Bloco de controle é constituído basicamente pelo microcontrolador e periféricos, processando os sinais recebidos dos botões de ajustes e enviando comandos de acionamento para o Triac, sendo o este um elemento de controle representando dentro do bloco de potencia, responsável pelo controle de acionamento da carga, onde seus valores de operação são definidos de acordo com ajustes realizados pelo bloco de interface que é composto por um display LCD. 
Bloco de Alimentação
A placa de controle recebe sinal de alimentação de 220V AC através do conector J1, enviando uma fase ate a ponte retificadora BR1 e a outra fase ate o capacitor C1, que atua como uma resistência criando uma queda de tensão a partir deste ponto de aproximadamente 10V AC. Em paralelo com o capacitor e a ponte retificadora BR1 existe um varistor VR1, que atua como uma proteção ao circuito caso o capacitor seja rompido liberando todo o sinal da alimentação.
A ponte retificadora BR1 fornece um sinal continuo pulsante positivo, onde o diodo D1 garante a passagem apenas de sinais positivos e os capacitores C2 e C3 utilizados para diminuir o ripple e fornecer um sinal filtrado para o regulador U1.
O regulador U1 tem a finalidade de receber uma tensão continua com o menor valor de ripple possível em sua entrada, e regular para uma tensão de 5V DC totalmente filtrada e pura para diversas utilizações na placa. 
Bloco Detector de Zero
A ponte retificadora BR1 fornece ao bloco um sinal pulsante que sempre passa pelo valor zero, o opto acoplador U2 é utilizado como um isolador devido à característica deste sinal ser utilizado diretamente em uma entrada do microcontrolador, criando uma segurança para o microcontrolador caso haja algum distúrbio no sinal enviado pela ponte retificadora BR1.
O opto acoplador U2 transfere para a porta lógica (E) U3:A a variação do sinal pulsante e as portas lógicas U3:B,C e D garante no “Label Zero” um sinal pulsante quadrado enviado ate o microcontrolador, ao qual será utilizado para sincronizar os disparos do Triac com a alimentação 220V AC conectada na carga.
O opto acoplador U2 é utilizado como um detector de zero e isolador, e as portas lógicas U3 são utilizados para gerar a função Schmitt trigger, que basicamente é um circuito lógico usado especialmente para tornar uma forma de onda irregular ou senoidal em uma forma de onda quadrada, livre de imperfeições.
Bloco de Controle
Este bloco é formado por três elementos básicos; Microcontrolador PIC16F877A, Cristal oscilador e Botões de ajustes e Reset.
O Cristal oscilador X1 fornece ao microcontrolador U7 um sinal pulsante denominado Clock, é responsável por determinar a velocidade de operação do microcontrolador, gerando a base de tempo que mantém o funcionamento ordenado do PIC.
Os botões Incremento e Decremento fornecem ao microcontrolador U7 os sinais de referência para ajustar a temperatura conforme os parâmetros de funcionamento do programa armazenado no PIC, já o Botão Reset está conectado em uma entrada com função pré-definida pelo sistema do PIC, tendo como finalidade resetar ou inicializar o funcionamento do microcontrolador.
O Microcontrolador U7 é um componente programável que permite acionar as saídas de acordo com as entradas e a lógica desenvolvida. No caso em questão, de acordo com os ajustes das entradas Incremento/Decremento, a saída Triac enviará ao bloco de potencia um sinal de referência para aumentar ou diminuir a tensão em uma resistência a fim de controlar o aquecimento da agua contida em um reservatório. 
Bloco de Interface
Bloco composto por um LCD com a finalidade de fazer a interface entre os ajustes de microcontrolador e a operação.
Seu funcionamento baseia-se na comunicação RS232 com o PIC, onde no programa é carregada uma biblioteca de comandos (#include<lcd.c> ) pré-definidas para controle das indicações do LCD.
O LCD irá indicar o valor da temperatura ajustado pelos botões de incremento e decremento, ou seja, conforme esses botões forem pressionados, a tela de indicação irá indicar uma variação do valor que representa a tensão enviada a carga para alcançar uma determinada temperatura.
Bloco de Potencia
Bloco responsável pelo funcionamento da carga através do controle enviado pelo PIC.
A saída Triac do PIC irá disparar sinais para o Optodisparador U5, tendo como finalidade isolar o sinal 220V AC e controlar o fluxo de tensão do Triac U6.
Conforme o sinal enviado ao Optodisparador U5, este irá regular a quantidade de tensão enviada ao Gate do Triac, o Gate é responsável por controlar o fluxo de tensão que o Triac U6 irá enviar até a carga conectada no conector J2. 
Tendo assim o controle de tensão sobre a carga através da variação de sinal previamente ajustado pelos botões incremento e decremento, utilizando o controle de fluxo do Triac sobre a carga tendo como referência disparos de tensão enviados pelo PIC sincronizados por um detector de zero e Schmitt trigger.
Capítulo 5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
	Durante todo o desenvolvimento do projeto vivenciamos na prática conteúdos desenvolvidos no nosso curso e em consultas bibliográficas. Nesse momento percebemos a extrema relevância das nossas aulas para a nossa constante formação.
	Nesse sentido, a elaboração do circuito elétrico eletrônico mostrou-se um desafio que superamos aos poucos e permitiu o desenho final do protótipo e os testes para ajustes no funcionamento do equipamento.
	
As questões de pesquisa investigadas foram:
Questão 1: 
Há vários aspectos que podem ser explorados em pesquisa futura. 
1 - Estabelecer a relação entre potências dos atuais chuveiros elétricos, percentual de tensão na resistência elétrica e escalas de temperatura de banho demandadas;
2 – Possibilidade de vincular o controle do equipamento por radiofrequência, inserindo no contexto de internet das coisas; 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Boylestad, Robert L. – Introdução à análise de circuitos; revisão técnica: 
 Benedito Donizete Bonatto; tradução: Daniel Vieira e Jorge Ritter. – 
 12. Ed. – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012.
Cavalin, Geraldo – Instalações Elétricas Prediais: conforme Norma NBR 
 5410:2004 - 20ª ed. Ver. e atual – São Paulo: Érica, 2009.
Cotrim, ADEMARO A.M.B. Instalações Elétricas 4 ª Edição. São Paulo: Editora Pearson, 
 2005. 
Gussow, Milton – Eletricidade Básica – Tradução: Aracy Mendes da Costa – 
 São Paulo: Pearson Makron Books, 1997.
Irwin, J. David – Análise de Circuitos em Engenharia – Tradução: Luis Antônio 
 Aguirre, Janete Furtado Ribeiro Aguirre; revisão técnica: Antônio
Idoeta, Ivan Valeije – Elementos de Eletrônica Digital – 41ª ed. Rev. e atual, São Paulo: Éri
 ca, 2012. 
CONTRIBUIÇÕES:
Gustavo: Ok
Lucas: Ok
Neemias: Ok