SISTEMA DE REAPROVEITAMENTO DE AGUA DURANTE O BANHO

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TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO DE 
GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL 
Alexandre Batista Borges – C250449
Bianca Maria Galvão – C51HDI5
Caio Henrique da Silva Brandão - C758BJ2
Jucimara Silva Oliveira– C379417
Wislei Gonçalves de Souza – T497A4
ALTERNATIVA PARA CONSERVAÇÃO DE ÁGUA EM SISTEMAS DE AQUECIMENTO PARA BANHO
RIBEIRÃO PRETO – SP
2019
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO DE 
GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL 
Alexandre Batista Borges – C250449
Bianca Maria Galvão – C51HDI5
Caio Henrique da Silva Brandão - C758BJ2
Jucimara Silva Oliveira– C379417
Wislei Gonçalves de Souza – T497A4
ALTERNATIVA PARA CONSERVAÇÃO DE ÁGUA EM SISTEMAS DE AQUECIMENTO PARA BANHO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a Universidade Paulista, Campus Ribeirão Preto - SP, como parte das exigências para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil.
RIBEIRÃO PRETO – SP
2019
AGRADECIMENTOS
 	 Agradecemos em primeiro lugar a Deus, por todas as oportunidades dadas e nos capacitar para aproveitá-las, iluminando a nossa jornada nos proporcionando sabedoria, saúde e força em meio as dificuldades conseguimos superar e finalizar o trabalho acadêmico, obrigado Deus. 
A nossa orientadora, Juliana Ganem e coorientador Thiago Duarte, apesar dos contratempos não nos deixaram desistir deste projeto, nos dando total apoio e encorajamento para entrega e apresentação deste TCC.
 	 Aos nossos familiares que não mediram esforços no auxílio de nossas caminhadas sempre nos apoiando, incentivando, acreditando em nosso potencial. Compreensão e confiança não seria possível para a finalização de mais uma etapa em nossas vidas. 
 	 À toda equipe de professores e funcionários da Universidade Paulista que possibilitaram e contribuíram para que nossa formação acadêmica fosse a melhor possível. Pois estes possuirão grande parcela de responsabilidade nas nossas futuras realizações profissionais. 
 	Por fim, somos extremamente agradecidos a todos que torceram diretamente e indiretamente contribuído para a nossa formação acadêmica, profissional e ética, a todos, nosso muito obrigado.
RESUMO
 Com o aumento acelerado da população brasileira principalmente nas cidades metropolitanas o consumo de água potável e energia elétrica aumentaram de maneira desproporcional, cerca de 12% da água doce estar concentrada no Brasil, porém o terceiro setor com maior consumo de água são as residências, nesse setor o chuveiro tem o maior consumo de energia com 24% e de água com 25%. 
 Além disso, a problemática do chuveiro está relacionada com o alto consumo de energia e o grande desperdício de água. Por isso, é necessário realizar uma Alternativa para Conservação de Água em Sistema de Aquecimento para Banho (ACASAB). O objetivo principal do presente trabalho é desenvolver um método de reaproveitamento da água não aquecida, eliminando o desperdício dá água causado no início do banho. O dispositivo montado e instalado no chuveiro antes da saída de água. O sensor de temperatura, em contato com a água na tubulação, identifica a temperatura e transfere os dados para o microcontrolador, caso a água esteja abaixo da temperatura previamente programada, a válvula solenoide desvia seu curso, evitando o desperdício. Após o sensor identificar a chegada da água na temperatura programada, a válvula solenoide abre a saída de água do ponto de uso, liberando água aquecida para o banho.
 Dessa maneira, com os testes realizados do protótipo em chuveiro residencial foi possível perceber que a implantação do dispositivo ACASAB são extremamente importantes eliminando o desperdício dá água não aquecida causado no início do banho, o reaproveitamento da água e contribuído com o meio ambiente.
Palavra-chave: Protótipo. Reaproveitamento. Conservação. Aquecimento da
Água. Redução.
SUMMARY
With the rapid increase in the Brazilian population, especially in metropolitan cities, the consumption of drinking water and electricity increased disproportionately, around 12% of freshwater being concentrated in Brazil, but the third sector with the highest water consumption is households. The shower sector has the highest energy consumption at 24% and water at 25%.
 In addition, the shower problem is related to the high energy consumption and the great waste of water. Therefore, it is necessary to perform an Alternative for Conserving Water in Bath Heating System (ACASAB). The main objective of the present work is to develop a method of reusing unheated water, eliminating the wastewater caused at the beginning of the bath. The device mounted and installed in the shower before the water outlet. The temperature sensor, in contact with the water in the pipe, identifies the temperature and transfers the data to the microcontroller. If the water is below the pre-set temperature, the solenoid valve diverts its course, avoiding waste. After the sensor identifies the arrival of water at the set temperature, the solenoid valve opens the water outlet from the point of use, releasing heated water into the bath. 
 Thus, with the tests performed on the prototype in a residential shower, it was possible to realize that the implementation of the ACASAB device is extremely important, eliminating the waste that causes unheated water at the beginning of the bath, the reuse of water and contributing to the environment.
Keyword: Prototype. Reuse. Conservation. Water heating. Reduction.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO	01 
2. PROBLEMATICA	03 
3. JUSTIFICATIVA	05 
4. HIPÓTESE	06 
5. OBJETIVO	07 
5.1 Objetivo Geral	07 
5.2 Objetivos Específicos	07 
6. REVISÃO BIBLIOGRAFICA	08
6.1 Consumo e Escassez de Água no Brasil	08
 6.1.1 Histórico sobre a Gestão no Brasil	08
 6.1.2 Distribuição e uso do Recurso Hídricos por Setores no Brasil	10
 6.1.3 Crise Hídrica no Estado de São Paulo	11
6.2 Consumo e Produção de Energia Elétrica no Brasil	14
 6.2.1 A crise do Apagão	14
 6.2.2 Consumo de Energia Elétrica para Aquecimento de Água nas Residências Brasileiras 	15
 6.2.2.1 Tendências para Aquecimento de Água no Brasil 	19
6.3 Principais Sistemas de Aquecimento de Água para Banhos nas Residências Brasileiras	21
 6.3.1 Sistemas Instantâneos ou de Acumulação	21
 6.3.2 Chuveiro Elétrico 	22 
 6.3.3. Aquecedor de Passagem á Gás	25 
 6.3.4 Aquecimento Solar	27 
6.4. Rede de Distribuição de Água Quente	28
 6.4.1. Avaliação de Consumo dos Sistemas de Aquecimento de Água para Banho	29 
 6.4.2 Perda Térmica nas Tubulações	32 
 6.4.3 Sistema de Retorno de Água Aquecida	34 
7. METODOLOGIA	35
7.1 Volumes de Água Desperdiçado em um Estudo de Caso	35
7.2 Métodos de Reaproveitamento de Água não Aquecida	39
 7.2.1 Desenvolvimento do Protótipo	39
 7.2.2 Materiais Utilizados	40
 7.2.2.1 Arduino	40
 7.2.2.2 Sensor de Temperatura	41
 7.2.2.3 Válvula Solenoide	42
 7.2.2.4 Protoboard e Jamper	43
 7.2.2.5 Display e Potenciômetro	44
 7.2.2.6 Relé	45
 7.2.2.7 Outros Componentes 	46 
 7.2.3 Operação do Protótipo	47 
 7.2.3.1 Teste de Operação	48 
8. RESULTADOS	51 
9. REFENCIAS BIBLIOGRAFICA	52
10. APENDÍCE	54
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Consumo de água nas regiões metropolitanas do Brasil .........................11
Figura 2 – Consumo de energia elétrica por setores no Brasil .................................16
Figura 3 – Consumo de eletricidade dos eletrodomésticos nas residências brasileiras ....................................................................................................................................16
Figura 4 – Percentual de domicílios por fonte de aquecimento de água no Brasil ....................................................................................................................................17
Figura 5 – Percentual de domicílios por fonte de aquecimento de águana região sudeste do Brasil .......................................................................................................18
Figura 6 – Percentual de domicílios por fonte de aquecimento de água na região norte do Brasil ...........................................................................................................18
Figura 7 – Tendência das fontes de energia no aquecimento de água para banho nos domicílio .............................................................................................................20 
Figura 8 – Interior de um chuveiro elétrico ................................................................22
Figura 9 – Modelos mais populares de resistências elétricas para chuveiros ..........23
Figura 10 – Percentual de chuveiros em relação à posição da chave durante o inverno .......................................................................................................................24
Figura 11 – Curva de carga diária média no Brasil ...................................................24
Figura 12 – Curva de carga diária média no Brasil ...................................................25
Figura 13 – Comparação entre Gás Natural (GN) e Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) ....................................................................................................................................26
Figura 14 – Instalações de um sistema de aquecimento solar .................................27 
Figura 15 – Custo por banho de 8 minutos ...............................................................30
Figura 16 – Consumo de água por sistema de aquecimento ....................................31
Figura 17 – Perda de água até atingir a temperatura ideal .......................................31
Figura 18 – Perda de água até atingir a temperatura ideal .......................................32
Figura 19 – Condutividade térmica das principais tubulações para água quente .....32
Figura 20 – Rede de distribuição do banheiro 1 .......................................................37
Figura 21 – Rede de distribuição do banheiro 2 .......................................................38
Figura 22 – Placa arduino conectada no protótipo ....................................................42
Figura 23 – Válvula solenoide 1.................................................................................44
Figura 24 Válvula solenoide 24 .................................................................................44
Figura 25 – Rede de distribuição do banheiro 1 .......................................................37
Figura 21 – Rede de distribuição do banheiro 2 .......................................................38
Figura 22 – Placa arduino conectada no protótipo ....................................................42
Figura 23 – Válvula solenoide 1.................................................................................44
Figura 24 Válvula solenoide 2 ...................................................................................44
Figura 25 – Protoboard e Jumpers ............................................................................45
Figura 26 – Display e Potenciômetros em instalação ...............................................46
Figura 27 - Rele instalado no protótipo ....................................................................47
Figura 28 – Componentes instalados conectados para executar o teste .................48
Figura 29 – Componentes instalados em caixa de PVC ...........................................48
Figura 30 – Protótipo em teste com liberação no desvio lateral e luz vermelha acesa ....................................................................................................................................50
Figura 31 – Protótipo em teste com liberação de água no ponto de uso e luz verde acesa .........................................................................................................................51
Figura 32 – Consumo de água por sistema de aquecimento ....................................61
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Distribuição dos recursos hídricos e densidade demográfica do Brasil ..10
Tabela 2 – Consumo final de água nas residenciais brasileiras ..............................13
Tabela 3 – Comprimento e diâmetro das tubulações ................................................38
Tabela 4 – Quantidade e valores dos matérias utilizados .........................................41
Tabela 5 – Volume de água parado em cada trecho de tubulação da rede de distribuição ................................................................................................................60
Tabela 6 – Desperdício de água para cada ponto de uso ........................................60
Tabela 7 – Tempo médio de espera de chegada da água quente no ponto de uso .61
INTRODUÇÃO
O consumo de água potável e energia elétrica aumentaram de maneira desproporcional ao aumento da população. A população mundial triplicou entre os anos de 1900 e 2000, já o consumo de água aumentou em seis vezes e o consumo de energia elétrica em dez vezes (LAMBERTS, 2010). A redução da quantidade de pessoas por domicilio e a mudança nos hábitos de consumo causados por mudanças climáticas e, principalmente, pelas novas tecnologias que facilitam o acesso desses recursos, são alguns dos fatores que justificam esse aumento.
No Brasil, o setor residencial é o segundo maior consumidor de energia elétrica, com representação de 22,2% (PROCEL, 2007), e o segundo maior consumidor de água, com representação de 20%. Nas regiões metropolitanas, a representação do consumo de água nas residências é ainda maior, com 84,4%, devido a grande concentração de pessoas nessas regiões que diminui a disponibilidade especifica de água por habitante (LAMBERTS, 2010).
Estudos mostram que o chuveiro e o vaso sanitário são os principais responsáveis pelo consumo de água nas residenciais brasileiras (LAMBERTS, 2010), sendo o chuveiro elétrico também o principal consumidor de energia elétrica, com representação média de 23% entre os demais eletrodomésticos e eletrônicos (PROCEL, 2007). 
Nesse contexto, o chuveiro elétrico tornou-se objeto de estudo. Sistemas alternativos de aquecimento de água, através de energia solar e gás natural, surgiram no mercado visando menor impacto ambiental e também redução nos gastos do consumidor. Entretanto, a eficiência de um sistema de aquecimento de água não é determinada apenas pelo consumo de energia elétrica, mas sim pelo desempenho do sistema como um todo, considerando também o uso da água e os custos de implantação do sistema.
Um estudo realizado pelo CIRRA (2009) comprovou que, entre os sistemas de aquecimento de água para banho, o chuveiro elétrico ainda é o mais barato e eficiente devido o baixo custo de instalação e o menor consumo de água, quebrando a premissa de redução de gastos em virtude da economia de energia elétrica dos demais sistemas. Os sistemas de aquecimento solar e a gás natural proporcionam maior fluxo de água por vazão na temperatura adequada e, ao se abrir o chuveiro, há uma perda de água não aquecida que fica nas tubulações entre o sistema de aquecimento e o ponto de uso, sendo essas as principais justificativas para o melhor desempenho do chuveiro elétrico na economia de água, que também o torna o sistema financeiramente mais vantajoso. 
A água é o recurso mais abundante do planeta, ocupando cerca de 70% de sua superfície, porém apenas 3% desse volume referem-se à água doce adequada para consumo. Trata-se de um recurso dotado de valor econômico e finito, porém reaproveitável e inesgotável devido o funcionamento natural do ciclo hidrológico. Esse quadro gera uma maior despreocupação com o consumo de água, principalmente no Brasil que detém entre 12% e 16% do volume total de recursos hídricos do planeta, tornando-se um dos territórios com maior potencial hídrico do planeta (AITH,2015).
Entretanto, a interferência humana no ciclo natural da água tem a tornado um recurso escasso e, consequentemente, mais caro. O desperdício de água potável, a poluição dos recursos hídricos em ritmo acelerado e as mudanças climáticas que influenciam no ciclo hidrológico e na escassez de chuvas, causam situações de crise, como a crise hídrica que se agravou no Brasil, especialmente no estado de São Paulo, em meados de 2014. 
Segundo a UNESCO, caso não haja mudanças significativas na gestão de águas, o planeta enfrentará um déficit de água de 40% (AITH, 2015). No Brasil, se estima um aumento de 28% na demanda de água até 2025 (VIANNA, 2007).
Em contrapartida, são concretas as contribuições econômicas e ambientais promovidas pela economia de energia elétrica dos sistemas de aquecimento alternativos de água, visto que as fontes de geração de energia não renováveis continuam a dominar a matriz energética global (IEA, 2012). No Brasil, a geração de energia hidráulica é predominante, possuindo um dos maiores parques hidrelétricos do mundo e instalando-se um paradoxo de produção de energia limpa e renovável, porém com a necessidade de inundação de grandes áreas para construção dos reservatórios de água das usinas, causando danos irreversíveis a fauna e flora local. 
Dentro do contexto apresentado, se evidencia a importância do estudo apresentado nesse trabalho que visa reduzir o desperdício de água potável nos chuveiros providos de sistemas de aquecimentos alternativos, correlacionando com a economia de energia elétrica e promovendo uma efetiva redução de gastos aos seus usuários.
PROBLEMATICA 
Ao implantar um sistema de aquecimento de água para banho em edificações residenciais, a principal expectativa de seus usuários é a redução dos gastos, visto que o chuveiro elétrico é o principal consumidor de energia elétrica nas residências brasileiras (PROCEL, 2007). No mercado já existem opções de aquecimento de água para banho que utilizam a energia solar e o gás natural como fontes de energia de aquecimento, no intuito de reduzir os gastos com energia elétrica, porém esses sistemas não priorizam o consumo do principal recurso utilizado no banho, a água. 
Um estudo realizado pelo CIRRA (2009) comprovou que o chuveiro elétrico é o sistema de aquecimento de água para banho mais popular no Brasil, com uma taxa de representação muito superior aos sistemas solar e a gás. O estudo comprova também a melhor eficiência do chuveiro elétrico devido o seu baixo custo de instalação e menor desperdício de água. 
Um dos fatores que justificam esse resultado é a perda da água não aquecida parada nas tubulações entre os equipamentos de aquecimento e o ponto de consumo. Nos sistemas solar e a gás, ao abrir o registro do chuveiro, o usuário desperdiça toda água não aquecida parada na tubulação enquanto aguarda a chegada da água quente para iniciar o banho, diferente do chuveiro elétrico que proporciona água quente de imediato, pois o aquecimento ocorre direto no chuveiro. 
Além do menor desperdício de água, o chuveiro elétrico possui menor valor de compra e de instalação, muitas vezes é instalado pelo próprio usuário, enquanto os demais sistemas necessitam de maior investimento inicial com aparelhos de aquecimento e mão de obra especializada para instalação. 
Entretanto, o alto consumo de energia do chuveiro elétrico no Brasil não deve ser desprezado, pois influencia diretamente em situações de crise como os apagões ocorridos de forma recorrente em São Paulo no ano de 2001 e até mesmo com crise hídrica que se também se agravou no estado de São Paulo em meados de 2014.
Ressaltam-se também as contribuições ambientais promovidas pela economia de energia elétrica, pois as fontes de geração de energia não renováveis dominam a matriz energética global. No Brasil, existe um paradoxo de produção de energia limpa e renovável devido à predominância de produção de energia através de hidrelétricas, porém a construção das usinas hidrelétricas causam grandes impactos socioambientais irreversíveis. 
Assim, este trabalho reúne informações sobre o funcionamento e o desempenho dos principais sistemas de aquecimento de água para banho nas residenciais brasileiras com intuito de solucionar os problemas de pesquisa: É possível desenvolver uma alternativa que correlacione à economia de energia elétrica com a economia de água nos sistemas de aquecimento de água para banho? Qual a eficiência dessa alternativa em comparação aos sistemas já existentes?
JUSTIFICATIVA 
O tema sustentabilidade está cada vez mais presente nos debates de âmbito politico, econômico e social por todo mundo. A engenharia, através da construção de obras gigantescas para aproveitamento de recursos hídricos, estradas, expansões de cidades, entre outros, tem uma grande contribuição para transformação do meio ambiente. Além disso, a responsabilidade ambiental é inerente a qualquer tipo de intervenção no meio natural, seja através de consumos de materiais, geração de energia, emissão de poluentes e geração de resíduos.
A atuação dos engenheiros, além das obrigações legais da profissão, tem o dever de contribuir positivamente com a conservação dos recursos disponíveis, aprendendo com os erros das gerações anteriores e aprimorando técnicas que focam na sustentabilidade. 
A justificativa para o tema deste trabalho é o grande aumento nos consumos de água e energia elétrica, principalmente no setor residencial, que contribuíram para situações crises. No Brasil a geração de energia hidráulica é predominante, o desperdício de água e uma gestão não eficiente dos recursos hídricos afeta direta e indiretamente o setor energético, como já ocorrido na crise do apagão em 2001 e a crise hídrica em meados de 2014. 
Uma solução simples no âmbito da engenheira como a substituição de lâmpadas por modelos mais econômicos foram determinantes para redução do consumo de energia e para amenizar as consequências da crise do apagão. Assim, justifica-se a importância do tema deste trabalho que tem como objetivo encontrar soluções para redução do consumo de água nos sistemas de aquecimento residenciais, sendo esse o setor com maior taxa de consumo nas regiões metropolitanas, e promovendo indiretamente redução no consumo de energia e redução nos impactos ambientais. 
HIPÓTESE 
A melhor eficiência no consumo de água dos sistemas de aquecimento residenciais irá promover uma redução nos gastos finais do consumidor e reduzir o tempo de retorno do investimento inicial para instalação desses sistemas. 
A alternativa proposta neste trabalho é financeiramente mais vantajosa para residências populares onde a rede do sistema de aquecimento não possua muitos pontos de consumo. 
Apesar desse trabalho ter como foco o desenvolvimento de uma solução para redução apenas no consumo de água, porém se evidenciará como essa economia pode reflete também na redução do consumo de energia. 
OBJETIVOS
5.1 Objetivo geral
Evidenciar o desperdício de água não aquecida provinda das tubulações de sistemas de aquecimentos solares e gás e apresentar um método de redução desse desperdício, considerando a interação de ambos os sistemas economizadores de água e energia elétrica. 
5.2 Objetivos específicos
• Demonstrar o funcionamento dos principais sistemas de aquecimentos de água nas residenciais brasileiras. 
• Evidenciar o desperdício da água não aquecida parada nas tubulações dos sistemas de aquecimento solar e a gás. 
• Através de pesquisas bibliográficas, equacionar o volume de água não aquecida perdida durante a abertura do chuveiro, considerando as dimensões de um sistema de aquecimento em um estudo de caso. 
• Desenvolver um método de reaproveitamento da água não aquecida, eliminando o desperdício causado no inicio do banho. 
• Construção de um protótipo para demonstração do funcionamento do dispositivo. 
REVISÃO BIBLIOGRAFICA
A água é um recurso vital provido de valor econômico, a principal “commodity” do século XXI. Apesar de cerca de 70% da superfície do planetaser ocupada por água, apenas 3% desse volume se refere à água doce adequada para consumo, isto considerando as águas em aquíferos subterrâneos e as águas que estão presas em geleiras nas calotas polares. Trata-se de um recurso finito cada vez mais consumido e, caso não ocorra uma mudança nas tendências de consumo atuais, a água pode se tornar um recurso escasso. 
	A população mundial triplicou entre os anos de 1900 e 2000, já o consumo de água teve um aumento desproporcional de seis vezes. No final desse período, 50% dos recursos hídricos existentes já estavam sendo utilizados para fins humanos (LAMBERTS, 2010). Segundo a UNESCO, devido a esse grande aumento no consumo de água, a tendência é que a demanda mundial possivelmente aumentará em 55% até 2050 (VIANNA, 2017). 
	
CONSUMO E ESCASSES DE ÁGUA NO BRASIL 
O Brasil é um dos territórios com maior potencial hídrico do planeta, detém entre 12% e 16% do volume total de recursos hídricos disponível no mundo (AITH, 2015). No país existem 12 regiões hidrográficas com cerca de 200 mil micro bacias, capazes de disponibilizar um volume de água por pessoa 19 vezes maior que o mínimo determinado pela Organização das Nações Unidas (OECO, 2014). Apesar do quadro favorável, as características geográficas e a má gestão das águas faz com que o país sofra com graves situações de crises, como as constantes secas no nordeste e a crise hídrica no estado de São Paulo em meados de 2014.
Histórico sobre a gestão de água no Brasil
A água é um recurso vital de múltiplos usos, entre elas, a geração de energia elétrica. A abundancia de água e as característica geográficas do Brasil favoreceram para predominância de hidrelétricas na produção de energia elétrica. Segundo o ministério do meio ambiente, as usinas hidrelétricas representam cerca de 90% da produção de energia elétrica produzida internamente no país (MMA, 2009). 
Até o ano de 1934, a administração e o uso das águas eram determinados por normas de caráter econômico ou relativas ao direito da propriedade. Esse quadro contribuiu para que conglomerados empresariais nacionais e companhias multinacionais adquirissem propriedades com grande potencial hídrico para aproveitamento hidrelétrico e dominassem o mercado de energia elétrica no país. Sem uma regulação estatal, essas empresas determinavam os valores e os termos de contrato de prestação de serviço para fornecimento de energia elétrica. 
Assim surgiu o Código das Águas, criado em de julho de 1934 pelo decreto nº 24.643, o código determina que a posse e o uso das quedas d’agua deixam de ser exclusivos dos proprietários da propriedade e passam a fazer parte do Patrimônio da Nação. Assim, o uso das quedas d’agua passou a priorizar suprir os interesses da população e de uma parte significativa das empresas nacionais, que já estavam cansados de pagar preços abusivos para o consumo de energia elétrica. 
O Código das Águas é vigente até hoje e foi um marco importante para a gestão das águas no Brasil, mesmo sem foco na gestão sustentável dos recursos hídricos, foi a primeira vez que a água foi alvo de legislação própria. 
Em 8 de janeiro de 1997 foi criada a Lei nº 9.433, conhecida como a Lei das Águas. A Lei reconhece a necessidade de proteção das águas dentro de uma estrutura global ambiental, compreende que a água é um bem publico e um recurso natural limitado. Apesar de ser um recurso dotado de valor econômico, a lei determina que a administração da água deve priorizar o consumo humano e de animais. Determina também que a gestão das águas deva ser de forma descentralizada, com participação da sociedade e governo, para proporcionar água aos usos múltiplos de maneira sustentável, garantindo água de qualidade para as gerações futuras e promovendo uma utilização racional e preventiva contra secas e poluição dos recursos hídricos. 
A Lei das águas foi criada em um contexto onde a água se torna cada vez mais escassa. Apesar do grande potencial hídrico do Brasil, os recursos hídricos não são inesgotáveis e não são bem distribuídos. As diferenças geográficas, as mudanças climáticas e o processo acelerado de urbanização e concentração de pessoas em determinadas regiões, agravam situações de escassez localizadas e poluição dos corpos hídricos. 
Distribuição e uso dos recursos hídricos por setores no Brasil.
Apesar da abundancia, os recursos hídricos não são bem distribuídos no Brasil se comparados com a densidade demográfica das regiões, de forma que grande parte desses recursos estão localizados nas regiões menos povoadas do país, conforme demonstrado na tabela 1.
Tabela 1 - Distribuição dos recursos hídricos e densidade demográfica do Brasil
	Região
	Densidade demográfica (hab/km²)
	Concentração dos recursos hídricos.
	Norte
	4,12
	68,5%
	Nordeste
	34,15
	3,3%
	Centro-Oeste
	8,75
	15,7%
	Sudeste
	86,92
	6%
	Sul
	48,58
	6,5%
Fonte: PENA (2018)
Segundo Pena (2018), cerca de 81% dos recursos hídricos estão localizado nas bacias hidrográficas da Amazônia, onde há apenas 5% da população. Conforme a tabela 1, a região sudeste possui o segundo menor índice de concentração de recursos hídricos, porém possui o maior índice de densidade demográfica devido à intensa urbanização que, consequentemente, aumenta a demanda de água nesta região, principalmente para uso residencial. 
No final da década de 1960, a população urbana ultrapassou a população rural no Brasil. Dados do governo indicam que mais de 73% da população brasileira já residia em áreas urbanas em 1996. Esse processo de concentração de pessoas em regiões metropolitanas diminui a disponibilidade especifica de água, calculado pelo m³ de água disponível por habitante (LAMBERTS, 2010). 
Entre todos os setores que fazem uso da água no Brasil, o setor residencial está na segunda colocação entre os que mais consomem, com representação de 20% do consumo total, atrás apenas do setor de irrigação (LAMBERTS, 2010), porém esses dados variam muito se restringir as áreas de pesquisas por regiões. Conforme a figura 1, considerando apenas as regiões metropolitanas, o consumo de água residencial possui o maior índice de em relação aos demais, com representação de 84,4%.
Figura 1 - Consumo de água nas regiões metropolitanas do Brasil
Fonte: LAMBERTS (2010)
A crise hídrica no estado de São Paulo
É caracterizada uma crise hídrica em uma bacia hidrográfica quando a mesma não é capaz de atender sua demanda devido ao volume insuficiente de precipitações pluviométricas. A crise hídrica no estado de São Paulo, ocorrida em meados de 2014, não foi caracterizada apenas pela estiagem de chuvas que atingiram seus reservatórios, mas também foi o reflexo das consequências da má distribuição regional dos recursos hídricos no Brasil em relação à densidade demográfica e dá má gestão desses recursos hídricos existentes na região.
Segundo PENA (2018), a região de sudeste possui o maior índice demográfico do país, sendo o estado de São Paulo o mais populoso entre todos. Segundo NETO (2016), apenas a região metropolitana de São Paulo possui 22 milhões de habitantes em 8,5 mil km², média de 2,6 milhões por km². Em contrapartida, a região sudeste possui o segundo menor índice de concentração de recursos hídricos do Brasil, com apenas 6%, ficando atrás apenas da região nordeste, com 3,3%. 
A alta concentração de pessoas, associado ao baixo índice de recursos hídricos disponíveis na região, reduz a disponibilidade especifica de água por habitante e exige uma boa gestão dos recursos existentes para atender a demanda necessária sem a necessidade de racionamentos. 
Em 2001, a demanda de água da região metropolitana de São Paulo se igualou a sua capacidade de abastecimento, com 66,3 m³/s. Em 2016, todos os recursos hídricos da SABESP, companhia de saneamento básico do estado de São Paulo, somavam uma disponibilidade média de água de 72 m³/s, porém a demanda aproximada de abastecimento era de 82 m³/s. Esse déficit de 10 m³/s é o necessário para abastecer aproximadamente 3 milhões de habitantes,ou seja, 14% da população da região NETO (2016).
Vale ressaltar que o Brasil é o país com maior potencial hídrico do mundo. Apesar do baixo índice de recursos hídricos na região sudeste, calculado em relação aos recursos disponíveis em outros estados do país, não significa que a região realmente tenha pouca disponibilidade de água. As nascentes do Tiête junto a serra do mar apresentam altos índices de precipitações, com média de 4000 mm/ano NETO (2016).
O principal problema da região metropolitana de São Paulo é a má gestão e conservação dos seus recursos hídricos. Todos os canais, rios, galerias e córregos da região se transformaram em canais de esgoto a céu aberto, comprometendo suas condições de abastecimento. A região começou a tratar seus esgotos, mesmo que de maneira insuficiente, apenas em 2002, quando já possuía cerca de 18 milhões de habitantes NETO (2016).
Em 2014 ocorreu a maior estiagem dos últimos 84 anos, comprometendo a capacidade de todos os reservatórios de abastecimento do estado. Um dos símbolos da crise foi à drástica redução do sistema Cantareira, o maior produtor de água da região metropolitana de São Paulo, que atingiu 8,2% de sua capacidade utilizável, pior nível já registrado desde sua construção. 
O sistema Cantareira possui uma capacidade de 33 m³/s, foi construído em 1980, quando a região metropolitana de São Paulo possuía aproximadamente 14 milhões de habitantes e foi o ultimo grande investimento realizado para abastecimento de água. Após sua construção, houve apenas um acréscimo de 5,7 m³/s no sistema Alto do Tiete em 2012, quando a região já possuía mais de 21 milhões de habitantes NETO (2016).
Pelo exposto, fica evidente a importância de investimentos nos sistemas de distribuição e conservação de água, principalmente nas regiões metropolitanas devido a grande concentração de habitantes e altos índices de demanda. Caracterizar qual a finalidade dos usos de água em edificações residenciais é de grande importância para desenvolver estratégias para redução do consumo e desperdício. 
As análises e pesquisas sobre o consumo final da água são limitadas e variam de acordo com as regiões, condições climáticas e hábitos dos consumidores, porém nota-se que os principais responsáveis pelo consumo são o vaso sanitário e o chuveiro (LAMBERTS, 2010). 
Tabela 2 – Consumo final de água nas residenciais brasileiras
	Chuveiro
	25%
	Bacia Sanitária
	14%
	Pia da Cozinha
	14%
	Maq. Lavar Roupa
	12%
	Tanque
	6%
	Lavatório
	7%
	Vazamentos
	3%
	Outros usos
	19%
Fonte: VIANNA (2017)
Vale ressaltar a maior dificuldade em elaborar estratégias alternativas para economia de agua do chuveiro, devido à necessidade do uso de água limpa, tratada e aquecida para maior conforto do usuário, impossibilitando o reuso de água de outras atividades que comprometam sua qualidade. 
Assim, uma melhoria na gestão de água em edificações residenciais, especialmente no chuveiro, devido seu alto consumo de água, colaboraria com a preservação dos sistemas hidrográficos, com a economia de água nos sistemas públicos de distribuição e com a redução dos gatos do consumidor final. 
CONSUMO E PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL
A crise do apagão
Entre os anos de 1900 e 2000 o consumo mundial de energia elétrica aumentou em dez vezes. No Brasil, entre 1975 e 2000, o consumo de energia elétrica aumentou em 250% (LAMBERTS, 2010). No final desse período, em 2001, devido a esse grande aumento da demanda de energia elétrica, desproporcional aos baixos investimentos de expansão dos sistemas de geração e distribuição de energia, forçou o país a passar por um racionamento para evitar possíveis cortes forçados de energia pelo governo. Esse fato ficou conhecido como a crise do apagão, ocorrido entre Julho de 2001 a Fevereiro de 2002 (PINTO, 2010).
Durante a crise, os usuários que consumissem acima de 100 kW/h, cerca de 70% dos consumidores da época, deveriam reduzir obrigatoriamente seu consumo de energia em 20% para evitar um corte forçado de energia elétrica por um período de 3 a 6 dias. O governo também impôs uma sobretaxa de 50% do valor da conta para os usuários que consumissem acima de 200 kW/h (PINTO, 2010).
Outro fator agravante para a crise do apagão foi o baixo índice de precipitações pluviométricas durante o período da crise. No Brasil, a geração de energia hidráulica é predominante, cerca de 90% da produção de energia elétrica produzida internamente no país é através de usinas hidrelétricas (MMA, 2009). Portanto, a escassez de chuvas em algumas regiões durante o período de crise baixaram os níveis de água dos reservatórios das usinas hidrelétricas e comprometeram diretamente na produção de energia, ressaltando a importância de uma boa gestão dos recursos hídricos, inclusive para atender a demanda de energia elétrica. 
A ausência de linhas de transmissão de energia impediu o governo de transportar energia de locais onde havia sobra para as regiões com maior necessidade. Assim, o governo elaborou um plano de contingencia acionando as usinas termelétricas para reestruturar seu planejamento e suprir a necessidade dos locais mais necessitados. 
As usinas termelétricas produzem energia elétrica através da queima de carvão, combustíveis, óleos e gás natural. Durante a combustão desses insumos, são produzidos óxidos e dióxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio, monóxido e dióxido de carbono, entre outros gases poluentes de efeito estufa, contribuindo para o aquecimento global (NAIME, 2014). A produção nacional de energia através das termelétricas não ultrapassa o índice de 7,5%, atuando apenas como fontes de energia reserva para situações de crise e para abastecimento de algumas indústrias, porém as termelétricas representam 70% da produção de energia mundial, utilizada amplamente em países desenvolvidos como EUA e China (PENA, 2018). 
O Brasil é uma exceção a nível global no que se refere à produção de energia elétrica. Esta diferenciação se deve ao fato do Brasil possuir uma matriz elétrica com expressiva maioria das fontes renováveis e não poluentes como a água, porém instala-se um paradoxo sobre a construção das usinas hidrelétricas, devido à necessidade da inundação de grandes áreas para construção dos reservatórios de água, causando danos irreversíveis a fauna e flora local. 
A crise do apagão aumentou o foco na busca de melhor eficiência energética, visando questões econômicas, redução dos impactos ambientais e satisfação do consumidor. Soluções simples do âmbito da engenharia, como a substituição de lâmpadas incandescestes por lâmpadas florescentes, muito mais econômicas, foram determinantes para alcançar a meta de redução de consumo de energia (PINTO, 2010).
Portanto, é de grande importância um estudo para caracterizar o uso final de água e energia elétrica nas residenciais, em busca de soluções que possam reduzir o consumo e os gastos dos consumidores, visando também a melhor alternativa para reduções dos impactos ambientais. Essa importância se evidencia ainda mais no Brasil, devido aos impactos que a má gestão dos recursos hídricos e o desperdício de água podem exercer na produção e abastecimento de energia elétrica. 
Consumo de energia elétrica para aquecimento de água nas residências brasileiras
O setor residencial tem uma expressiva participação no consumo de energia elétrica brasileiro, sendo o segundo maior consumidor com representação de 22,2%, atrás apenas do setor industrial (LAMBERTS, 2010), conforme demonstrado na figura 2. 
Figura 2 – Consumo de energia elétrica por setores no Brasil.
Fonte: LAMBERTS (2010).
Os sistemas de aquecimento de água são um dos principais consumidores de energia elétrica nas residências de diversos países, inclusive no Brasil (SANGOI, 2015). São muitas as utilizações de água aquecida nas residenciais brasileiras, como torneiras, lavadoras de roupas, lavadoras de louças e até aparelhos de climatização, porém a principal utilização é para o banho, onde a água deve ser aquecida a uma temperaturade conforto ao usuário (VIANNA, 2017).
O chuveiro elétrico, além de um dos principais consumidores de água nas residências brasileiras, também é o principal consumidor de energia elétrica, com representação de 24%, seguido da geladeira e dos aparelhos de ar condicionado, conforme demonstrado na figura 3.
Figura 3 – Consumo de eletricidade dos eletrodomésticos nas residências brasileiras
Fonte: LAMBERTS (2010).
 Conforme a pesquisa de orçamento familiares realizada pelo IBGE, instituto brasileiro de geografia e estatística, e apresentada por BRECHT (2016), 24,7% das residenciais brasileiras não aquecem água para banho. A maior fonte de aquecimento de água é a energia elétrica, com 70,9%. A segunda maior fonte de aquecimento é o gás, apesar de seu pequeno percentual de representação, com 4,2%. O sistema solar, apesar de ser o mais sustentável e o Brasil possuir um grande potencial para utilização dessa fonte de energia, possui uma representação de apenas 0,6% e se encontra na terceira posição. 
Segundo PROCEL (2007), entre os sistemas que utilizam energia elétrica, 99,6% corresponde ao chuveiro elétrico.
Figura 4 - Percentual de domicílios por fonte de aquecimento de água no Brasil
Fonte: BRECHT (2016)
	Esses dados variam de forma significativa quando analisados de forma regional. A região sudeste se refere à região com menor índice de concentração de bacias hidrográficas do Brasil, porém detém o maior índice de densidade demográfica do país, consequentemente, possui a maior demanda de água e energia elétrica. Apesar da situação não favorável, a região sudeste apresenta alto índice do uso de energia elétrica como fonte de aquecimento de água, conforme demonstrado na figura 8.
Figura 5 - Percentual de domicílios por fonte de aquecimento de água na região sudeste do Brasil
Fonte: BRECHT (2016)
	Conforme a figura 9, analisando apenas a região norte, é visível a discrepância dos índices analisados em comparação com a região sudeste, havendo altos índices de residências sem qualquer tipo de aquecimento de agua. 
	
Figura 6 - Percentual de domicílios por fonte de aquecimento de água na região norte do Brasil
Fonte: BRECHT (2016)
	O clima de temperaturas elevadas e as condições econômicas e financeiras predominantes na região norte, favorecem para essa situação demonstrada. Apesar do alto numero de residenciais sem sistemas de aquecimento, entre as casas que possuem algum tipo de sistema, o chuveiro elétrico ainda é predominante. 
Tendências para o aquecimento de água no Brasil
As fontes de energia não renováveis dominam a matriz energética global. Visando reverter esse quadro, diversos países do mundo possuem politicas que buscam reduzir o consumo de energia elétrica e promover a utilização de fontes de energia limpas e renováveis. Entre elas, politicas de subsidio financeiro, créditos tributários e até mesmo politicas de obrigatoriedade (SANGOI, 2015).
No Brasil, algumas cidades e estados já possuem algumas politicas de incentivo ao uso de energias limpas. Na cidade de São Paulo, a lei nº 14.459/2007, determina que no mínimo 40% da demanda de água quente tem que ser atendida por sistemas de aquecimento solar em novos edifícios. Essa mesma determinação é válida para edifícios públicos novos ou reformados no estado no Rio de Janeiro, segundo a lei estadual nº 5.184/2008. Segundo o Plano Nacional de Energia 2050, também é previsto um aumento na participação do uso de gás natural como fontes de aquecimento até 2050, reduzindo a participação da eletricidade e do uso de GLP (SANGOI, 2015).
O programa de habitação federal, Minha Casa Minha Vida, também tem como exigência a instalação de sistemas solares de aquecimento de água para as residenciais unifamiliares. Para o melhor desempenho do sistema, o programa especifica alguns parâmetros de reservatórios, tubulações e coletores de energia solar (SANGOI, 2015). 
No Brasil, existe uma tendência da diminuição do uso de energia elétrica no aquecimento de água por outras fontes alternativas. A partir de 2011 houve um aumento na utilização de sistemas de aquecimento solares e de gás natural, sendo o sistema solar com maior tendência de crescimento até 2024 (BRECHT, 2016). Apesar do melhor eficiência do sistema solar do ponto de vista ambiental, a partir de 2030, os sistemas de aquecimento abastecidos a gás apresentam uma maior tendência de crescimento até 2050, conforme demonstrado na figura 10.
Figura 7 – Tendência das fontes de energia no aquecimento de água para banho nos domicílios
Fonte: SANGOI (2015).
Devido à busca por melhor eficiência enérgica, muitos autores defendem que os sistemas de aquecimento a gás e solar são mais eficientes que os chuveiros elétricos, porém a eficiência de um sistema de aquecimento de água não é determinada apenas pelo consumo de energia elétrica, mas sim pelo desempenho do sistema como um todo, considerando também o uso da água.
Outros fatores como impactos ambientais, custos operacionais e investimento inicial de instalação também devem ser considerados na escolha do sistema ideal de aquecimento. 
O incentivo a substituição do chuveiro elétrico por outro sistema alternativo de aquecimento é economicamente mais vantajoso para o sistema publico do que para o usuário individual. Isso ocorre, pois a substituição do chuveiro elétrico tem um grande impacto na redução do consumo de energia elétrica, principalmente durante o horário de pico. Em contrapartida, para o usuário, a economia gerada pelo novo sistema de aquecimento, algumas vezes pode não ser o suficiente para compensar o investimento inicial de instalação. 
PRINCIPAIS SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA PARA BANHO NAS RESIDENCIAS BRASILEIRAS. 
Conforme apresentado, existem diversas opções de fontes de aquecimento de água para banho, entre as opções mais populares atualmente e com maior tendência de crescimento nos próximos anos estão: chuveiro elétrico, sistema a gás e o sistema solar. 
6.3.1 Sistemas instantâneos ou de acumulação
O sistema instantâneo, ou de passagem, é aquele que não possui reservatório de acumulação, ou seja, a agua aquecida pelo equipamento é direcionada diretamente para o ponto de consumo. O sistema instantâneo tem as vantagens de ocupar menos espaço, não haver perda de calor da agua acumulada, menor custo de investimento inicial e maior vida útil em relação ao sistema de acumulação. A principal desvantagem é o fornecimento de água em uma vazão inferior em relação ao sistema de acumulação, principalmente quando a rede atende vários pontos simultaneamente, visto que o aquecimento acontece simultaneamente ao uso (SANGOI, 2015). 
	No sistema de acumulação, a agua aquecida é armazenada em um reservatório para utilização quando necessária. Este sistema pode ser composto por um reservatório com uma resistência elétrica ou, no caso do aquecimento a gás, um reservatório com queimador. 
A principal desvantagem do sistema de acumulação é a perda térmica dos reservatórios. Para melhor eficiência do sistema é necessário que a estrutura do reservatório tenha a menor perda de calor possível, necessitando de revestimentos isolantes térmicos, porém a perda térmica é inevitável. Essa estrutura de armazenamento aumenta o valor de investimento inicial e necessita de um espaço para instalação do reservatório (SANGOI, 2015).
O mau dimensionamento do reservatório e as variações do volume de consumo diário de água aquecida podem resultar em um consumo excessivo de energia para manter a água aquecida. Se o volume do reservatório for superior à demanda diária de água quente, ocorre o consumo de energia para aquecimento de água que não será utilizada (SANGOI, 2015).
O sistema de acumulação fornece água aquecida em maior fluxo de vazão, pois a água já foi aquecida previamente e está armazenada no reservatório. Esse fator pode proporcionar um maior conforto ao usuário, porém influencia diretamente no aumento do consumo final de agua. 
Conforme o exposto, fica evidente que os sistemas de aquecimento de passagemsão financeiramente mais vantajosos para o usuário, visto que possuem menor custo de instalação, menor custo de operação com redução no consumo de água e energia, além e possuir maior tempo de vida útil. Em contrapartida, para o setor publico, os sistemas de acumulação podem ser mais vantajosos, visto que permite que a energia para o aquecimento seja utilizada fora do horário de pico, reduzindo a carga das redes de distribuição nesses horários. 
6.3.2 Chuveiro elétrico 
O chuveiro elétrico é um sistema de aquecimento de passagem, realiza o aquecimento da água direto no ponto de consumo. É composto por resistências elétricas instaladas dentro do aparelho onde também ocorre a circulação da água. Quando o registro é aberto, a água liberada faz pressão no diafragma e acionam os contatos elétricos, assim, através do efeito joule, as resistências são aquecidas pela passagem de corrente elétrica. O aquecimento da água ocorre quando ela passa por dentro do equipamento em contato com essas resistências aquecidas. 
Figura 8 – Interior de um chuveiro elétrico
Fonte: PORTAL ELETRICISTA (2014)
Na figura 9 é demonstrado os modelos mais comuns de resistências elétricas utilizados no interior dos chuveiros elétricos. 
Figura 9 – Modelos mais populares de resistências elétricas para chuveiros
Fonte: PORTAL ELETRICISTA (2014)
Os valores da resistência do chuveiro determinam a potencia do equipamento. Quanto menor o valor da resistência, maior será a corrente elétrica liberada e maior será o calor produzido. 
A maioria dos chuveiros elétricos dispõe de chaves de controle da temperatura de aquecimento com o objetivo de compensar a variação da temperatura da água não aquecida. Essa variação é mais perceptível no inverno, onde há uma redução da temperatura ambiente da água e exigindo uma quantidade maior de calor para aquecimento da água na temperatura desejada. 
As chaves de controle geralmente são identificadas como Inverno, Verão e Desligado nos chuveiros mais populares. Na chave Verão a resistência é maior, liberando uma quantidade menor de corrente elétrica e gerando menos calor. Ao acionar a chave Inverno, a resistência é menor, portanto é disponibilizando uma quantidade maior de corrente elétrica para geração de mais calor e, consequentemente, ocorre um aumento de aproximadamente 30% no gasto de energia elétrica (PROCEL, 2007).
Conforme a figura 13, durante a estação de inverno, 70,4% dos usuários mantém a chave de inverno ativada, gerando um maior consumo individual de energia e aumentando a demanda das redes de distribuição de energia. 
Figura 10 – Percentual de chuveiros em relação à posição da chave durante o inverno
Fonte: PROCEL (2007)
O consumo de energia elétrica nos chuveiros elétricos acontece simultaneamente ao uso, portanto a sua utilização em horários de pico pode elevar a demanda de energia elétrica a ponto de causar problemas para o setor energético. Em 2010, o chuveiro representou 18% do pico de demanda de energia elétrica no sistema de abastecimento. Esses picos ocorreram, em geral, entre 7h e 8h da manhã e 19h e 20h da noite. Durante esses picos, a demanda de energia elétrica se intensifica de forma a causar apagões como os ocorridos de forma recorrente em São Paulo no ano de 2001 (BRECHT, 2016).
Figura 11 – Curva de carga diária média no Brasil
Fonte: PROCEL (2007)
Vale ressaltar que o fluxo de água também interfere na temperatura da mesma. Quando as chaves de controle não são suficientes para aquecer a água na temperatura desejada, o usuário tende a fechar um pouco o registro para diminuir o volume de água por vazão e manter a temperatura da mesma o mais agradável possível. Assim, apesar de manter o mesmo consumo de energia, o usuário reduz o seu consumo de água. 
O chuveiro elétrico possui simples instalação, muitas vezes feita pelo próprio usuário, exigindo apenas de um ponto com fiação de alimentação de energia elétrica, um fio terra para evitar choques e um ponto de alimentação de água. Para instalação hidráulica é recomendado um redutor de pressão quando o reservatório estiver a uma altura superior a 8 metros do chuveiro ou quando a alimentação de água for direto da rua. 
O equipamento também possui simples manutenção que se resume em troca das resistências, regulagem dos contatos elétricos e limpeza. 
6.3.3 Aquecedor de passagem a gás 
Os aquecedores de passagem a gás, ou aquecedores instantâneos, são compactos aparelhos que realizam o aquecimento da água simultaneamente a abertura do registro no ponto de uso. Basicamente é composto por serpentinas para passagem de água e um queimador para combustão do gás, conforme a figura 15. 
Figura 12 - Esquema dos aquecedores instantâneos a gás
Fonte: COMGAS (2011)
O queimador na parte inferior do equipamento realiza a combustão do gás e aquece o trocador de calor que se estende até a chaminé na parte superior, necessária para eliminar os gases provenientes da combustão, como dióxido de carbono (CO2). A serpentina de passagem de água passa envolta do trocador de calor, sendo aquecida quando a combustão é acionada e transferindo esse calor para a água.
Os sistemas de aquecimento a gás, geralmente utilizam o Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) e o Gás Natural (GN) como fontes obtenção de calor. O GLP é uma mistura de quatro hidrocarbonetos, entre eles o butano e propano, produzidos a base de petróleo e medido em kg, visto que é vendido no estado liquido dentro de reservatórios metálicos. O GNV é um combustível fóssil, composto predominantemente por metano e medido em m³, visto que sua venda é através de tubulações de distribuição no estado gasoso (THORUS, 2018). 
O poder calorifico do GLP é de 11.500 kcal/kg, superior ao do GNV com 9.400 kcal/m³, ou seja, é necessário um consumo maior de GNV que GLP para geração da mesma quantidade de calor. Entretanto, o m³ do GNV é geralmente mais barato que o kg do GLP, havendo uma proporção de 1,26 m³ de GNV para 1 kg GLP. Portanto, o GNV ainda pode ser a opção mais econômica para o usuário, mesmo com consumo em maior volume, dependendo do seu preço de venda (THORUS, 2018). 
Figura 13 – Comparação entre Gás Natural (GN) e Gás Liquefeito de Petróleo (GLP)
	
	GN
	GLP
	Composição 
	Metano
	Butano e Propano
	Peso específico 
	Mais leve que o ar 
	Mais pesado que o ar
	Fornecimento 
	Rede encanada 
	Tanques ou cilindros 
	Preço
	Controlado pelo governo
	Livre concorrência 
	Medição 
	Em m³
	Em KG
	Poder calorifico 
	9.400 kcal/m³
	11.500 kcal/m³
Fonte: THORUS (2018)
A utilização desses sistemas favorece o setor energético, reduzindo a demanda de energia elétrica, principalmente nos horários de pico, porém do ponto de vista ecológico, a combustão do gás gera a emissão de outros gases nocivos ao meio ambiente, como o dióxido de carbono (CO2), contribuindo com o efeito estufa e o aquecimento global. Vale realçar que as taxas de emissão de CO2 provenientes da combustão de GNV e GLP são muito inferiores em relação à combustão de lenha e carvão de outros sistemas de aquecimento existentes. 
6.3.4 Aquecimento solar
No sistema de aquecimento solar, a energia térmica do sol é utilizada como fonte de aquecimento de água. A energia solar é captada através de coletores de radiação solar que transferem o calor para a água e a direciona para um reservatório para posterior utilização. Assim, o sistema de aquecimento solar é caracterizado como um sistema de acumulação. 
Figura 14 – Instalações de um sistema de aquecimento solar
Fonte: SOLETROL (2019)
A circulação da água nos coletores solares pode acontecer através de bombeamento ou por termossifão. A circulação por bombeamento geralmente é utilizado em edifícios com estruturas maiores de aquecimento e com muitas placas coletoras, havendo a desvantagem de necessitar de energia elétrica para o funcionamento da bomba. No sistema de termossifão, a circulação ocorre naturalmente através da diferença de densidade entre a água fria e água aquecida. Devido a sua maior densidade,a água fria empurra a água aquecida nos coletores, provocando uma circulação natural (SANGOI, 2015).
As vantagens do sistema solar é a utilização de uma fonte renovável, sem emissão de poluentes e gratuita, visto que não há consumo de gás e energia elétrica, contribuindo também para desafogar as redes de distribuição de energia elétrica durante os horários de pico. Entretanto, o sistema exige um alto valor de investimento inicial com equipamentos e serviço de instalação, sendo essa a principal barreira para maior aquisição do sistema. 
A eficiência do uso da energia solar pode variar conforme as condições climáticas, possuindo um menor desempenho nos dias nublados e de chuva. Por esse motivo, para garantir agua quente mesmo quando as condições climáticas não são favoráveis, o sistema de aquecimento solar geralmente é utilizado apenas como apoio para outros sistemas de aquecimento (SANGOI, 2015).
Analisando a curva diária da demanda de energia elétrica dos chuveiros elétricos, conforme dados apresentados pela PROCEL (2007), a maior demanda de água quente ocorre entre as 17h e 21h, quando o sistema está recebendo pouca ou nenhuma radiação solar. Esse fato pode comprometer a analise do real desempenho do sistema. Segundo estudo apresentado por SANGOI (2015), apenas 59,3% do ganho de energia solar é realmente utilizado, o restante é desperdiçado. 
 REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA QUENTE
Para distribuição de água quente proveniente de sistemas de aquecimento centrais, a gás ou solar, há a necessidade de uma rede de distribuição composta por tubulações especificas. A não necessidade dessa rede de distribuição é uma das vantagens do chuveiro elétrico, pois neste caso o aquecimento da água ocorre direto no chuveiro, necessitando apenas de uma rede de alimentação de água fria, tornando a instalação do equipamento mais barata (SCARDOVELI, 2017). 
Muitos estudos sobre esse tema focam apenas na eficiência da geração de agua aquecida e na eficiência enérgica do sistema, buscando alternativas para redução do consumo de energia elétrica. Entretanto, outros fatores relevantes como o custo de instalação e as perdas térmicas nas tubulações da rede de distribuição são determinantes para uma analise eficaz. As perdas térmicas nas tubulações devem ser consideradas inclusive para reduzir o desperdício de água e energia elétrica (SANGOI, 2015). 
No sistema de aquecimento a gás, por questão de segurança e devido à necessidade de uma chaminé para liberação de gases provenientes da combustão, o aparelho de aquecimento é instalado em locais arejados e isolados, muitas vezes distante do ponto do consumo. O mesmo ocorre no sistema solar, visto que se trata de um sistema de acumulação, necessitando de um espaço físico para instalação do reservatório térmico de acumulação de água, muitas vezes distante do ponto de consumo. 
Após a utilização do chuveiro, a água aquecida fica parada nas tubulações entre os equipamentos de aquecimento e o ponto de consumo, ocorrendo uma perda térmica e uma redução da temperatura. Ao abrir o registro do chuveiro no próximo uso, o usuário desperdiça toda essa agua parada que não está na temperatura desejada enquanto aguarda a chegada da água quente para iniciar o banho, além do desperdício de energia que foi gasto para aquecer esse volume desperdiçado de água (SCARDOVELI, 2017). Segundo SANGOI (2015), é estimado que 20% da agua quente nos sistemas de aquecimento centrais é desperdiçada.
6.4.1 Avaliação de consumo dos sistemas de aquecimento de água para banho. 
O Centro Internacional de Referencia em Reuso de Água (CIRRA) realizou uma avaliação comparativa dos principais sistemas de aquecimento de água para banho com a finalidade de caracterizar o consumo de água, energia elétrica e gás de cada um desses sistemas.
O CIRRA é uma entidade sem fins lucrativos, vinculado a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), desenvolvedora de pesquisas, tecnologias e treinamentos visando a promoção e regulamentação do reuso de água no Brasil. 
Para realização do experimento, foi construído um sistema experimental dentro das dependências da Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH). O sistema experimental é composto por dois chuveiros elétricos, um aquecedor de passagem a GLP, um aquecedor solar com boiler elétrico, um aquecedor de acumulação elétrico e um chuveiro hibrido, que consiste em um chuveiro elétrico com sistema de aquecimento solar como apoio. Foram utilizados hidrômetros para medição do consumo de água e gás, e medidores eletrônicos para medição do consumo de energia elétrica.
Foram selecionados 30 voluntários, divididos em 6 grupos de 5 pessoas, para uso de todos os chuveiros através de um rodizio. Os participantes não sabiam qual era o sistema de aquecimento do chuveiro utilizado. 
Os resultados comprovaram que o chuveiro elétrico é a opção mais econômica para aquecimento de água para banho quando consideramos os gastos em gás, água e energia elétrica, quebrando a premissa de redução de gastos em virtude da economia de energia elétrica dos demais sistemas.
Conforme a figura 18, um banho com duração de 8 minutos em um chuveiro elétrico custa R$ 0,22, sendo o chuveiro hibrido o único sistema com desempenho semelhante. Os demais sistemas solar, a gás e boiler elétrico, custam respectivamente R$ 0,35, R$0,58 e R$0,78. 
Figura 15 – Custo por banho de 8 minutos
Fonte: CIRRA (2009)
Considerando uma família de pessoas, onde cada um toma um banho por dia, o gasto mensal de água e energia elétrica utilizando o chuveiro elétrico ou chuveiro híbrido é de R$ 26,40. Já no sistema solar, a segunda opção mais barata, o gasto seria de R$ 42,00, ou seja, R$ 15,60 mais caro. Na situação menos favorável, com o uso do boiler elétrico, o gasto é R$ 69,60.
Segundo os pesquisadores, o principal fator que favorece esse resultado é o consumo de água dos sistemas. O chuveiro elétrico apresentou uma média de consumo de 4 litros/min, semelhante ao do chuveiro híbrido com 4,1 litros/min. Os demais sistemas solar, a gás e boiler elétrico, apresentaram respectivamente o consumo de 8,7 litros/min, 9,1 litros/min e 8,4 litros/min.
Figura 16 – Consumo de água por sistema de aquecimento.
Fonte: CIRRA (2009)
Além da diferença do fluxo de vazão de água em cada sistema de aquecimento, outro dado de grande influencia no consumo é a água perdida no início de cada banho até se atingir a temperatura desejada. A agua aquecida parada das tubulações sofrem perdas térmicas e é desperdiçada pelo usuário no próximo uso. No chuveiro elétrico e híbrido essa perda é zero, pois o aquecimento ocorre no próprio ponto de uso, fornecendo água quente imediatamente após abrir o registro. Já no sistemas de acumulação, solar e boiler elétrico, foi constatado uma perda de 20 litros/dia, resultando em 7.200 litros por ano. No sistema de passagem a gás a perda é um pouco inferior em relação aos sistemas de acumulação, sendo 18 litros/dia, resultando em 6.480 litros ao ano. 
Figura 17 – Perda de água até atingir a temperatura ideal.
Fonte: CIRRA (2009)
	Além dos custos com o consumo de água e energia elétrica, os custos de instalação também devem ser considerados para uma analise global. O chuveiro elétrico novamente se mostrou mais vantajoso devido seu baixo custo de aquisição e nenhum custo de instalação, visto que é feito próprio usuário. O chuveiro híbrido, apesar do consumo de água e energia semelhantes ao chuveiro elétrico, apresenta um valor de instalação 2.765% superior em relação ao chuveiro elétrico, devido à necessidade de um sistema de aquecimento solar de apoio. Já o sistema solar, considerado a opção mais sustentável do ponto de vista ecológico, e a opção mais econômica após o chuveiro elétrico e híbrido, é o que apresentou o maior valor de instalação devido à necessidade de um boiler elétrico complementar.
Figura 18 – Perda de água até atingir a temperatura ideal.
Fonte: CIRRA (2009)
6.4.2 Perda térmica nas tubulações
A rede de distribuição de água quente deve ser compostapor tubulações especificas para essa finalidade, podendo ser essas de diferentes materiais. A ligação feita entre os reservatórios de acumulação e os aparelhos de aquecimento geralmente são executadas com tubulações metálicas, como o cobre, devido a sua boa resistência a temperaturas muito altas. Outros tipos de tubulações, como CPVC, PPR e PEX, geralmente são usados em prumadas e ramais, apresentam menor resistência a altas temperaturas, porém possuem menor condutividade térmica, ou seja, possuem maior capacidade de conservação de temperatura. 
Figura 19 – Condutividade térmica das principais tubulações para água quente
Fonte: SANGOI (2015)
As perdas térmicas nas tubulações de distribuição de água quente influenciam no aumento do consumo de água e energia elétrica. Em alguns sistemas em que não há revestimento das tubulações por material de isolamento térmico, o consumo de água é até quatro vezes maior e o consumo de energia até três vezes maior. Em um estudo realizado em apartamentos na Dinamarca, constatou-se que as perdas térmicas nas tubulações representam entre 23% a 73% do consumo de energia para aquecimento de água (SANGOI, 2015).
Segundo uma simulação apresentada por SANGOI (2015), em um trecho de tubulação de CPVC com revestimento isolante de 2,5 cm de espessura, a redução de perdas térmicas variou entre 20% e 25%. Já em um trecho de tubulação de cobre com a mesma condição de isolamento, apresentou uma redução de perda térmica entre 24% e 35%, sendo esse desempenho semelhante ao de uma tubulação plástica sem qualquer tipo de revestimento. Apesar dos resultados positivos na conservação de temperatura nos trechos analisados, ao ser aplicado esse isolamento em todo um sistema de distribuição de água quente de uma residência unifamiliar, a redução no consumo de energia não foi significativa para compensar o investimento com isolamento térmico das tubulações. O tempo de retorno dos custos com materiais de isolamento e serviço de instalação é de 60 a 100 anos, dependendo do material da tubulação.
Ainda segundo SANGOI (2015), a redução das perdas térmicas com isolamento térmico das tubulações, não reduzirá o consumo de energia de uma edificação na mesma magnitude. Isso porque, mesmo quando há um sistema de isolamento, por mais eficiente que ele seja, sempre haverá perda de calor. Os índices de perda térmica dependem também de outros fatores como a condutividade térmica do material da tubulação, a temperatura da água, a temperatura ambiente conforme as condições climáticas, entre outros fatores. O autor também ressalta que para as tubulações embutidas, a variação de temperatura ao redor do tubo não é a mesma variação do ambiente externo. 
Segundo SCARDOVELI (2017), outro fator importante de influencia nas perdas térmicas é o comprimento do trecho de tubos que ligam o ponto de uso ao aparelho de aquecimento ou ao reservatório de acumulação. Quanto maior for o comprimento desse trecho, maior será o volume de água que irá resfriar quando o sistema não estiver em uso, além do maior tempo de espera para chegada da água aquecida quando abrir o registro. Reduzir o comprimento das tubulações é vantajoso, pois reduz os custos operacionais com a economia de agua e energia, e reduz também os custos de materiais e serviços de instalação. 
Para residências com mais de um morador, a melhor estratégia para evitar a perda térmica nas tubulações é reduzir o tempo de intervalo entre os usos do chuveiro, evitando a perda térmica da água parada nas tubulações e a aproveitando no próximo uso (SCARDOVELI, 2017).
6.4.3 Sistema de retorno de água aquecida
O sistema de retorno, ou de circulação, realiza constantemente a circulação da água parada nas tubulações, retornando-a para o aparelho de aquecimento para reaquecimento e a mantendo sempre na temperatura adequada. Esse sistema tem como objetivo reduzir o tempo de espera da chegada de água quente no ponto de uso e reduzir o desperdício da água não aquecida parada nas tubulações. 
A circulação pode ocorrer de forma natural ou forçada. A circulação natural ocorre pelo sistema de termossifão, quando a água fria empurra a água quente nas tubulações naturalmente, devido à variação de densidade entre elas. O sistema forçado ocorre com a utilização de uma bomba que tem como objetivo apenas recircular a agua, sem pressurizar o sistema (SANGOI, 2015). 
Ainda segundo SANGOI (2015), nos sistemas de aquecimento coletivo, quando um aparelho de aquecimento abastece mais de um ponto de uso, normalmente é utilizado o sistema de circulação forçado, devido a maior distancia entre os pontos de consumo e as centrais de aquecimento.
Os sistemas convencionais de recirculação forçada geralmente são ativados automaticamente por temporizadores ou por um termostato instalado na rede de distribuição, geralmente próximo ao aparelho de aquecimento. O temporizador ativa a recirculação de água constantemente em intervalos programados, já o sistema por termostato identifica constantemente a temperatura da água, ativando a circulação quando a temperatura identificada estiver abaixo da previamente programada. 
A desvantagem desse sistema, além de aumentar o valor do investimento inicial com tubulações de retorno e serviços de instalação, é o aumento do consumo de energia, visto que a água nas tubulações é constantemente reaquecida quando não for utilizada, podendo o mesmo volume de água ser reaquecido diversas vezes se não houver demanda nos pontos de uso (SCARDOVELI, 2017). 
Os trabalhos sobre a eficiência de sistema de aquecimento solar consideram a energia gasta da bomba de circulação analise global do consumo energético. Ou seja, o sistema solar diminui o uso de energia para aquecimento, porém ainda existe um consumo pela bomba de circulação. Assim, evidencia-se a importância de considerar o consumo de todos os componentes existentes para uma real avaliação de qual sistema é mais eficiente (SANGOI, 2015).
METODOLOGIA 
Conforme os objetivos de estudo propostos neste trabalho, apresentamos diferentes sistemas de aquecimento de água para banho analisando sua eficiência energética, seu consumo de água, seus custos de aquisição e os impactos que cada um gera no meio ambiente e no setor público. Também foi evidenciado o desperdício de agua que ocorre nos sistemas de aquecimento sem sistema de retorno, devido às perdas térmicas ocorridas nas tubulações. 
Esse capítulo se inicia com a caraterização dos demais objetivos propostos. Na seção 7.1 é apresentado um estudo de caso de uma residência com sistema de aquecimento compartilhado entre dois pontos de uso. É demonstrado também como o intervalo de tempo entre os usos dos chuveiros influenciam no volume total de água desperdiçado. 
Em seguida, na seção 7.2, é apresentado o método desenvolvido como alternativa para melhor eficiência dos sistemas de aquecimento alternativo ao chuveiro elétrico. Nessa seção é demonstrado a construção do protótipo, os valores individuais dos componentes que o compõe e também o teste realizado para verificar o seu funcionamento. 
Volume de água desperdiçado em um estudo de caso. 
Para encontrar o volume de água desperdiçado em um sistema de aquecimento, é necessário determinar o volume que fica parado nas tubulações entre o ponto de consumo e o aparelho de aquecimento ou o reservatório de acumulação. A distancia desse trecho e o diâmetro das tubulações são fatores que determinam o volume de água armazenado. Segundo Scardovelli (2017), o calculo desse volume é dado pela equação abaixo. 
V = π * r² * h
Onde:
V = Volume
r = Raio da tubulação
h = Comprimento da tubulação
Para esse estudo de caso será considerado uma residência de 2 pavimentos com dois chuveiros de consumo, sendo um localizado no pavimento superior e outro localizado no pavimento inferior. A residência possui um sistema de aquecimento compartilhado por acumulação, havendo um reservatório de água quente instalado na cobertura para abastecimento dos dois pontos de uso. As figuras 23 e 24 demonstram as redes de distribuiçãodos banheiros 1 e 2. 
	
Figura 20 – Rede de distribuição do banheiro 1.
	
Fonte: Elaborado pelos autores
Figura 21 – Rede de distribuição do banheiro 2.
Fonte: Elaborado pelos autores
A tabela 3 apresenta os dados para dimensionamento do volume de água desperdiçado.
Tabela 3 – Comprimento e diâmetro das tubulações.
	
	Comprimento (m)
	Diâmetro (mm) 
	Tubulação de ligação Boiler – Registro central
	3 m
	28 mm
	Tubulação de ligação Registro – Chuveiro 1
	5 m
	22 mm
	Tubulação de ligação Registro – Chuveiro 2
	7 m
	22 mm
	Trecho (Ø22) compartilhado entre os chuveiros
	1 m
	22 mm
Fonte: Elaborado pelos autores
O tempo entre o uso dos chuveiros que compartilham a mesma rede de distribuição reflete diretamente no volume de água que será desperdiçado, pois a água quente remanescente nas tubulações do primeiro uso, não sofrerá perda térmica e poderá ser utilizada novamente no segundo uso (SANGOI, 2015). 
Para o dimensionamento nesse estudo de caso, será considerado que todo o trecho entre o boiler e os pontos de uso está armazenando um volume de água não aquecida, ou seja, o volume de água armazenado nas tubulações desse trecho é o mesmo volume que será desperdiçado.
Equacionando o volume entre o boiler e o registro.
V = π * r² * h
V = π * (0,028)² * 3 
V = 0,0039 m³ ∴ 3,9 litros
	Equacionando o volume entre o registro e o chuveiro 1.
V = π * r² * h
V = π * (0,022)² * 5 
V = 0,0076 m³ ∴ 7,6 litros
	Equacionando o volume entre o registro e o chuveiro 2.
V = π * r² * h
V = π * (0,022)² * 7 
V = 0,0106 m³ ∴ 10,6 litros
Equacionando o volume no trecho (Ø22) compartilhado entre os chuveiros.
V = π * r² * h
V = π * (0,022)² * 1 
V = 0,0015 m³ ∴ 1,5 litros
	Com base nos resultados encontrados, apenas o uso do chuveiro 1 possui um desperdício de 11,5 litros, considerando a água parada das tubulações entre o boiler e o registro e nas tubulações entre o registro e o chuveiro. O chuveiro 2 apresenta um desperdício de água não aquecida de 14,5 litros, devido o maior trajeto de tubulações. 
Ressaltamos que o trecho de tubulação entre o boiler e o registro, com diâmetro de 28 mm, e um trecho de 1 metro de comprimento com tubulação de 22 mm, são compartilhados entre os dois chuveiros. O volume de água armazenado nesse trecho compartilhado é de 5,4 litros. Portanto, caso os dois chuveiros sejam utilizados simultaneamente, o desperdício de água será de 12,8 litros, conforme demonstrado.
V = Desperdício Chuveiro 1 + Desperdício Chuveiro 2 – Trecho compartilhado 
V = 11,5 + 14,5 – 5,4
V (desperdiçado) = 20,6 litros 
Neste estudo foi analisado apenas o desperdício de água não aquecida no banho, ocorrido no chuveiro. Não consideramos a existência de água quente em outros pontos de consumo da residência, como torneiras ou maquinas de lavar. Quanto maior for o numero de ponto de uso de água aquecida dentro da mesma rede de distribuição de água, mais complexo será o calculo do real desperdício. 
Método de reaproveitamento da água não aquecida. 
Desenvolvimento do protótipo
Na primeira etapa do projeto, realizamos o planejamento do protótipo, considerando sua perspectiva e atividades principais, como a construção física, o algoritmo básico de funcionamento e a estimativa dos materiais e componentes necessários que serão utilizados. 
O dispositivo basicamente é composto por um sensor de temperatura DS 18B20 com resolução configurável entre 9-bit a 12-bit, um micro controlador Arduino de placa única e duas válvula solenoide hidráulica, além de outros componentes complementares para seu funcionamento e melhor interação com o usuário. 
A ideia é que o dispositivo montado será instalado no chuveiro, antes da saída de água. O sensor de temperatura, em contato com a água na tubulação, identifica a temperatura e transfere os dados para o micro controlador, caso a água esteja abaixo da temperatura previamente programada, a válvula solenoide desvia seu curso, evitando o desperdício. Após o sensor identificar a chegada da água na temperatura programada, a válvula solenoide abre a saída de água do ponto de uso, liberando agua aquecida para o banho.
Materiais utilizados 
Todos os materiais e componentes necessários e utilizados para construção do protótipo estão descritos na tabela 3, considerando também suas quantidades e seus valores de aquisição. 
Tabela 4 – Quantidade e valores dos matérias utilizados.
	Nº
	DESCRIÇÃO
	QTD
	VALOR UNITÁRIO (R$)
	VALOR TOTAL R$
	01
	Arduino UNO
	01
	35,90
	35,90
	02
	Sensor de Temperatura DS18B20
	01
	25,00
	25,00
	03
	Válvula Solenoide
	02
	69,90
	139,80
	04
	Protoboard 400 Pontos
	01
	21,00
	21,00
	05
	Jumper para Protoboard M-M - 20 unid
	01
	14,90
	14,90
	06
	Display LCD 16x22 1602
	01
	30,00
	30,00
	07
	Potenciômetro 10K
	02
	6,00
	12,00
	08
	Módulo Relay Duplo
	01
	23,90
	23,90
	09
	Fontes de alimentação
	02
	15,00
	30,00
	10
	Caixa PVC
	01
	25,00
	25,00
	Totalidade de todo material utilizado
	357,50
Fonte: Elaborado pelos autores
Arduino
O arduino é uma placa composta por um micro controlador, com circuitos de entrada e saída, que pode ser programado livremente para leitura e processamento de dados para execução de certas tarefas ou sequência lógicas. Suas entradas e saídas podem ser digitais e analógicas. 
O arduino UNO utilizado neste projeto contém um micro controlador Atmega328, 14 entradas e saídas digitais, das quais 6 podem ser usadas como saídas PWM, 6 entradas analógicas, um cristal oscilador de 16MHz, uma conexão USB, uma entrada para fonte e um botão de reset.
Neste protótipo, o arduino irá receber como informação de entrada os dados do sensor de temperatura, processar esses dados de acordo com a programação e enviar os dados processados como informação de saída para as válvulas solenoides. Ou seja, o arduino é o responsável pela leitura da temperatura da água e abertura das válvulas, caso a água esteja na temperatura previamente programada pelo usuário. 
O micro controlador responde a linguagem de programação do arduino, podendo ser linguagem C, C++ e Assembly. Para configurar a programação, o dispositivo pode ser conectado a um computador através de um cabo USB ou ligado à placa com uma fonte AC-DC. 
O arduino é peça essencial do prototipo, visto que recebe todas as informaçoes da programaçao e executa no sistema. A vantegem desse dispositivo é o baixo custo de aquisição, sua pequenas dimensões e o facil manuseio, podendo ser usado a varias atividades ligadas em programaçao. 
O algoritmo de programação em linguagem em C pode ser verificado no apendice. 
Figura 22 – Placa arduino conectada no protótipo 
Fonte: Elaborado pelos autores
Sensor de temperatura
O Sensor de Temperatura DS18B20 a prova d’água do tipo sonda é um dos componentes mais utilizados em projetos que envolva medição de temperatura em ambientes úmidos ou em recipientes com liquido. O sensor é revestido por um material à prova d’água, sua ponta é encapsulada em aço inoxidável, vedado com cola e tubo isolante termo retrátil. Ele é capaz de medir temperaturas entre -55 ºC e 125 ºC com uma precisão de 0,5 ºC. Além da sua excelente precisão de medição, ele também permite configurar leituras de 9 a 12 bits. 
Esse modelo de sensor possui um ID único de 64 bits e comunicação através de um cabo 1-Wire, permitindo que vários sensores sejam conectados em uma única saída do microcontralador. Possui também a função parasite power, permitindo que a alimentação do sensor seja feita a partir de um barramento de dados, sem a necessidade de uma alimentação externa. 
	A função do sensor neste protótipo é medir e interpretar a temperatura da agua em graus Celsius e enviar essa informação para o microcontrolador utilizando um barramento de apenas um cabo de fio. 
Válvula solenoide 
As válvulas solenoides hidráulicas são válvulas eletromecânicas que transformam energia elétrica em mecânica. Essas válvulas possuem uma bobina magnética