DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO PARA MEDIÇÃO DE ENERGIA ELETRICA EM TEMPO REAL

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CENTRO UNIVERSITÁRIO - UNIFACIMED 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
CARLOS VINICIUS FRANÇA BARBOSA 
 
 
 
DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO PARA MEDIÇÃO DE 
ENERGIA ELETRICA EM TEMPO REAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CACOAL 
2020 
 
CARLOS VINICIUS FRANÇA BARBOSA 
 
 
 
 
 
DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO PARA MEDIÇÃO DE 
ENERGIA ELETRICA EM TEMPO REAL 
 
 
 
 
 
Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso de 
Graduação, apresentado à disciplina de TCC, do 
curso de Engenharia Elétrica da Centro 
Universitário - UniFacimed, como requisito parcial 
para Obtenção do título de Engenheiro Eletricista. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cacoal 
2020 
CARLOS VINICIUS FRANÇA BARBOSA 
 
 
 
 
 
Desenvolvimento de um protótipo para medição de energia elétrica em tempo real. 
 
 
Este Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação foi julgado e aprovado como 
requisito parcial para a obtenção do Título de Engenheiro Eletricista, do curso de 
Engenharia Elétrica do Centro Universitário - UniFacimed. 
 
 
Cacoal, 27 de novembro de 2020. 
 
 
 
____________________________________ 
Prof. Sergio Luiz Souza Nazario, Me. 
Coordenador de Curso 
Engenharia Elétrica 
 
____________________________________ 
Profa. Kamilla Teixeira Carvalho, Me. 
Responsável pelos Trabalhos de Conclusão de Curso 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ORIENTAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
______________________________________ 
Marcelo Soares, Esp. 
Centro Universitário - Unifacimed 
Orientador 
 
 
 
_____________________________________ 
Nome: Profa. Acsa Otto Luxinger, M. 
Centro Universitário - Unifacimed 
 
 
 
_____________________________________ 
Nome: Prof. Jean Carlo Voigt, Esp. 
Centro Universitário - Unifacimed 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho a Deus; sem ele eu 
não teria capacidade para desenvolver 
este trabalho, aos meus pais Jose Vieira 
Barbosa e Maria Nilza Almeida França, 
pois é graças ao seu esforço que hoje 
posso concluir o meu curso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradeço primeiramente a Deus, por ter 
me dado força a continuar essa longa 
caminhada, à minha família, que sempre 
me apoiou em todos os momentos 
importantes, pela motivação e auxílio de 
todo tipo. Agradeço aos meus amigos e 
colegas de classe por sempre estarem 
presentes e ajudando nas dificuldades 
encontradas, aos professores do curso de 
Engenharia elétrica que me forneceram 
todas as bases necessárias para a 
realização deste trabalho, agradeço com 
profunda admiração pelo vosso 
profissionalismo. 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
 
CARLOS VINICIUS FRANÇA BARBOSA. Desenvolvimento de um Protótipo para 
Mediação de Energia Elétrica em Tempo Real. 
O consumo no setor residencial vem aumentando ao passar dos anos, o desperdício 
entre outros motivos referente a gastos de energia elétrica gera altos custos, junto 
com taxas para poder compensar esse alto consumo, esses valores no Brasil podem 
chegar a ser considerados um dos mais altos a nível global. A ausência de 
mecanismos apropriados para mensurar a energia elétrica, bem como, o acesso a 
sistemas de controle ou monitoramento do consumo pelo usuário, o que acarretam 
uma postura negativista do consumidor na hora de economizar e, avaliar o consumo 
e o bom uso de energia elétrica. Com busca de respostas a estas indagações e 
anseios, este trabalho busca propor um protótipo de medição de energia elétrica em 
tempo real. Visando avaliar e sugerir um sistema de custo acessível e viável do ponto 
de vista econômico e prático para os consumidores residenciais. O protótipo mede 
grandezas como tensão, corrente, potência e o valor do kWh, ilustrados num display 
LCD, para que o consumidor possa acompanhar em tempo real o seu consumo. E 
assim identificar o seu perfil é tomar as devidas providencias. 
Palavras-Chaves: Consumo, Residencial, Protótipo, Economia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
Figura 1 - Visão geral do sistema de energia elétrica ............................................... 15 
Figura 2 - Balanço Energético Nacional em 2019. .................................................... 16 
Figura 3 - Composição Tarifária.. .............................................................................. 18 
Figura 4 - Valores vigentes da Tarifa Branca para a classe residencial.. .................. 22 
Figura 5 - Kill a Watt. ................................................................................................. 27 
Figura 6 - Medidor Mult-Kron 120FJ. ......................................................................... 28 
Figura 7 - Diagrama em Blocos do projeto.. .............................................................. 31 
Figura 8 - Diagrama de Blocos PZEM-004t ............................................................... 33 
Figura 9 - Detalhamento de componentes Arduino.. ................................................. 34 
Figura 10 - Detalhamento do modulo Ethernet.. ........................................................ 35 
Figura 11 - Protótipo em construção.. ....................................................................... 37 
Figura 12 - Esquema de ligação do protótipo.. .......................................................... 37 
Figura 13 - Ligação cabos PZEM-004T na carga.. .................................................... 38 
Figura 14 - Protótipo em funcionamento.. ................................................................. 39 
Figura 15 - Gráfico dos níveis de tensão ................................................................... 40 
Figura 16 - Gráfico dos níveis de corrente. ............................................................... 40 
Figura 17 - Gráfico dos níveis de Potência.. ............................................................. 40 
Figura 18 - Quilowatt Inicial no início da leitura.. ....................................................... 41 
Figura 19 - Gráfico do Quilowatt-hora medido pelo protótipo.. .................................. 42 
Figura 20 - Valor medido após 24 horas do início da leitura.. ................................... 43 
Figura 21 - Conta de Luz do Consumidor ................................................................. 43 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 – Tabela Síntese Região Norte. . ............................................................... 17 
Tabela 2 - Comparativo Técnico dos Medidores.. ..................................................... 30 
Tabela 3 - Descrição Característica do Ensaio Utilizando o Protótipo.. .................... 35 
Tabela 4 - Descrição Característica do Ensaio Utilizando o Protótipo.......................41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SIMBOLOS, NOMENCLATURAS E ABREVIAÇÕES; 
 
MW – Megawatts. 
kWh – Quilowatt-hora. 
EPE – Empresa de Pesquisa Energética. 
TC – Transformação de Corrente. 
SGT – Superintendência de Gestão Tarifária. 
EPE - Empresa de Pesquisa Energética. 
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. 
SIN – Sistema interligado nacional. 
PWM - Pulse Width Modulation. 
BJT – Transistor de Junção Bipolar. 
ICSP – In Circuit Serial Programmer. 
VCC – Tensão em corrente continua. 
GND – filtro Graduado de Densidade Neutra. 
TTL – Time to Live. 
SPI - Serial Peripheral Interface. 
AC - Corrente Alternada. 
DC - Corrente Continua.
 
LDC – Display de Cristal Líquido. 
IDE – Ambiente de Desenvolvimento Integrado. 
MME – Ministério de Minas e Energia. 
PIS – Programa de Integração Social. 
CONFINS – Contribuição para o Financiamento de Seguridade Social. 
ICMS – Imposto sobre Circulação de Mercadorias e prestação de Serviço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA......................................................................... 14 
2.1 Situação Atual da Geração Energética no Brasil ......................................... 15 
2.2 Sistema de Tarifas de Energia ..................................................................... 17 
2.3 Medição de Energia ..................................................................................... 23 
2.4 Importância do Monitoramento do Consumo de Energia ............................. 24 
2.5 Tecnologias já Existentes no Mercado ......................................................... 25 
2.5.1 Home Energy Monitor ............................................................................ 26 
2.5.2 Kill a Watt .............................................................................................. 26 
2.5.3 Power-Mate ........................................................................................... 27 
2.5.4 Mult-Kron 120 FJ ................................................................................... 28 
2.5.5 British Gás Smart Meters ....................................................................... 28 
2.6 Comparativo entre as Formas de Medição Atuais e a Proposta .................. 29 
3 MATERIAL E MÉTODOS. .................................................................................. 31 
3.1 Módulo de Monitoramento Elétrico Multifunção PZEM-004T (2) .................. 32 
3.2 Microcontrolador Arduino Uno (3) ................................................................ 33 
3.3 Módulo Ethernet Shield (4) ........................................................................... 34 
3.4 Custo dos dispositivos utilizados .................................................................. 35 
3.5 Implementação do Sistema .......................................................................... 36 
3.6 Resultados ................................................................................................... 38 
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 44 
REFERÊNCIAS ............................................................................................... 45 
APÊNDICE ...................................................................................................... 50 
12 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 
 
De acordo como o Ministério de Minas e Energia (2019), com a cartilha: 
Resenha Energética Brasileira em 2018, o preço e tarifas ao consumidor na área 
residencial tiveram aumentos em seus preços. O aumento na eletricidade residencial 
foi de 12,1%. De todos os avanços neste campo, as empresas de energia geralmente 
fornecem apenas o consumo total de energia gasto em casa, e não fornecem suporte 
como o gerenciamento remoto do consumo de energia de dispositivos eletrônicos. 
 
Segundo Toledo (2012), o investimento em eficiência energética é a melhor 
maneira de reduzir a demanda global de energia e reduzir a carga sobre o sistema de 
transmissão e distribuição. Dentro na necessidade do consumidor. 
 
Um dos fatores no aumento do consumo de energia se deve ao aumento da 
renda familiar. O fato é que cada dia mais equipamentos elétricos chegam às 
residências e, por causa desse consumo e maiores gastos de eletricidade, cresce 
também o interesse das pessoas pelo seu controle e gestão. Isso significa aumento 
de custos para as empresas, além disso, determinar qual equipamento eletrônico tem 
maior impacto na conta de luz não é uma tarefa fácil. 
 
O consumo de energia elétrica das pessoas e empresas aumentam 
continuamente, onde grande parte corresponde a desperdícios, por isso faz se 
 
13 
 
necessário desenvolver e criar novas tecnologias para atender às 
necessidades das pessoas. Com a criação de novas tecnologias pode-se esperar uma 
redução deste consumo, e assim ajudar a conscientizar o consumidor dos gastos 
desnecessários de energia. 
 
Pode-se questionar então, qual seria uma forma de superar as limitações dos 
serviços prestados pelas empresas de energia, integrando um sistema de 
monitoramento de consumo elétrico em tempo real dentro de sua residência? Para 
que, desta forma, o proprietário poça entender o seu perfil de consumo de energia, 
para saber se existe algum tipo de desperdício de forma pontual e fazer as correções 
necessárias. 
 
Existem vários dispositivos que são utilizados para realizar o gerenciamento do 
consumo de energia. Alguns medidores são usados para controlar de forma inteligente 
o consumo de energia de uma residência ou ambientes desejados, podem mostrar o 
custo geral e informações mais detalhadas de medições elétricas como: tensão, 
corrente e potência. 
 
São inúmeros os exemplos de medidores, devidos a inovações tecnológicas, 
bem como à adequação das instalações e/ou das condições nas quais os 
equipamentos são empregados. Iniciativas autônomas de fabricantes de 
equipamentos e de seus usuários, visando redução de custos são relevantes, mas 
têm alcance limitados. Ganhos mais expressivos de eficiência dependem da 
implementação de projetos e programas. Contudo, os mesmos não visam comodidade 
para obter os valores de medições elétricas tão pouco a viabilidade econômica. 
(COLNAGO, 2020). 
 
Assim sendo, este trabalho tem como objetivo desenvolver um equipamento de 
medição do consumo de energia elétrica no setor residencial, baseado em medição 
do dispositivo e, realizando comparação com dados fornecidos pela concessionária 
de Rondônia – Energisa. De forma que, o consumidor terá a possibilidade de 
acompanhar as medições elétricas armazenadas no equipamento em tempo real.
14 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
 
 
De acordo com Tolmasquim (2005), foi em 1872 que Samuel Gardiner 
desenvolveu e patenteou o primeiro equipamento capaz de quantificar o consumo de 
energia elétrica. Consistia em um medidor de lâmpada-hora para aplicação em 
corrente contínua, com indicador de período em que uma lâmpada fica acesa, como 
se tratava de uma carga conhecida e de corrente praticamente constante, o cálculo 
do consumo resumia-se ao produto do tempo ligado, pela potência nominal de carga. 
 
Desde então, a tecnologia vem se desenvolvendo amplamente. Por isso as 
informações em tempo real são imprescindíveis e torna-se cada vez mais necessário 
modernizar o sistema elétrico, pensando na sua eficiência. 
 
Faz –se necessário conhecer o caminho que a energia elétrica percorre até 
chegar a sua residência, para que se possa entender o seu caminho. Atualmente 
segundo a Energisa Rondônia (2020) a maior parte da energia elétrica provém das 
hidroelétricas. A seguir, uma breve descrição desse processo. 
 
 Essa energia é gerada por meio de grandes centros de geração, como usinas 
hidrelétricas, térmica entre outras, normalmente bem distantes dos centros 
consumidores, ao sair desses centros de geração essa energia passa por uma 
subestação, como podemos observar na figura 1, abaixo:
15 
 
 
 
Figura 1 - Visão geral do sistema de energia elétrica. 
Fonte: Blume (2007) 
 
Após passar por essa estação denominada na figura 1 acima, onde faz a 
elevação de tensão, evitando perda excessiva de energia, a mesma e direcionada por 
linhas de transmissão de alta tensão até a chegada a subestações localizadas em 
lugares estratégicos dentro de uma cidade, nessa subestação existem 
transformadores encarregados por reduzirem o nível de tensão, para que possa ser 
iniciado o processo de distribuição. 
 
Além desses transformadores da subestação existem outros instalados nos 
postes de rua para reduzirem ainda mais a voltagem, para que essa energia seja 
direcionada diretamente para as residências, comércios, empresas e indústrias. (A 
GERADORA, 2015) 
 
2.1 Situação Atual da Geração Energética no Brasil 
 
Segundo o Ministério de Minas e Energia (2020) as fontes de energia 
renováveis representam 83% da matriz elétrica brasileira. Sendo que as mais usadas 
são hidroelétricas,eólica, biomassa, solar e biogás. Onde a partição é liderada pela 
hidrelétrica com (63,8%), seguida de eólica (9,3%), biomassa e biogás (8,9%) e solar 
centralizada com (1,4%). Em 2019, o Brasil ultrapassou a meta de capacidade 
16 
 
instalada com aumento de mais de 7 mil MW. A partir da fiscalização da Aneel. No 
total, o país conta com mais de 170 mil MW de potência fiscalizada. 
 
De acordo com a Empresa de Pesquisa Energética – (EPE) feita pelo governo, 
no balanço energético nacional de 2020 com ano de base 2019, a oferta interna de 
energia registrou um acréscimo de 1,4% de crescimento no balanço energético em 
relação ao ano anterior. O incremento das fontes eólica e solar na geração de energia 
elétrica e o avanço da oferta de biomassa da cana e o biodiesel contribuíram para que 
a matriz energética brasileira se mantivesse em um patamar renovável muito superior 
ao observado no resto do mundo, como podemos observar no gráfico a seguir: 
 
 
Figura 2- Balanço Energético Nacional em 2019 
Fonte: EPE (2019). 
 
A Empresa de Pesquisa Energética – (EPE) em 2020, registra a primeira taxa 
positiva de 2020, puxada pela classe residencial. A indústria também registrou 
avanços, porém a classe comercial, ainda que sinalizando atenuação, permanece sob 
impactos da pandemia da COVID-19. Primeiro aumento do consumo industrial desde 
abril, com crescimento disseminado em todas as regiões do país, o crescimento no 
consumo residencial foi o maior desde fevereiro de 2019. Como observa-se na tabela 
1 abaixo. 
 
17 
 
 
Consumo GWH EM AGOSTO ATÉ AGOSTO 12 MESES 
 2020 2019 % 2020 2019 % 2020 2019 % 
REGIÕES GEOGRÁFICAS 
NORTE 3.033 2.881 5,3 22.459 21.262 5,6 34.283 32.087 6,8 
RESIDENCIAL 897 818 9,7 6.659 6.109 9,0 10.017 9.356 7,1 
INDUSTRIAL 1.276 1.196 6,7 9.443 8.537 11 14.297 12.690 12,7 
COMERCIAL 436 445 -2 3.181 3.318 -4,1 4.993 5.034 -0,8 
OUTROS 423 422 0,1 3.176 3.297 -3,7 4.976 5.007 -0,6 
Tabela 1 – Tabela Síntese Região Norte. 
Fonte: EPE (2020). 
 
2.2 Sistema de Tarifas de Energia 
 
Segundo os Cadernos temáticos ANEEL (2005), os consumidores de energia 
elétrica pagam uma determinada quantidade de energia elétrica por meio de uma 
conta recebida de sua distribuidora de energia, que corresponde ao consumo de 
energia elétrica em um determinado período de tempo, geralmente em um intervalo 
entre 15 e 45 dias. A concessionária planeja as leituras dos medidores de seus 
consumidores de forma que considerem o consumo em média em 30 dias. Esse 
consumo, e medido em kWh (quilowatt-hora) é multiplicado por um valor unitário, 
denominado tarifa, medido em R$/kWh (reais por quilowatt-hora). Existem 
consumidores com tarifação monômia que Segundo a Resolução Normativa ANEEL 
n. 479 (2012) a definição desta tarifação é: 
 
Aquela que é constituída por um valor monetário aplicável unicamente ao 
consumo de energia elétrica ativa, obtida pela conjunção da componente de 
demanda de potência e de consumo de energia elétrica, cujo resultado será 
a conta de energia desse consumidor. ANEEL (2012) 
 
 
18 
 
Segundo a ANEEL (2018) o preço da eletricidade é a composição dos valores 
calculados, representando cada parte do investimento e operação técnica dos agentes 
da cadeia produtiva e a estrutura necessária para que os consumidores possam 
utilizar a energia. Portanto, o preço da eletricidade representa a soma de todos os 
componentes do processo de geração de energia. Transporte (transmissão e 
distribuição) e comercialização de energia elétrica. Os impostos estão listados na 
conta de luz. 
 
Segundo a Superintendência de Gestão Tarifária SGT (2017), quando a conta 
chega ao consumidor, ele paga pela compra da energia (custos do gerador) pela 
transmissão (custos da transmissora) e pela distribuição (serviços prestados pela 
distribuidora), além de encargos setoriais e tributos. Para o cálculo tarifário, os custos 
da distribuidora são classificados em dois tipos: Parcela A (compra de energia, 
transmissão e encargos setoriais) e a Parcela B: (distribuição de energia). 
 
Os custos de energia representam atualmente a maior parcela de custos com 
(53,5%) onde e constituída por compra de energia, transmissão de energia e encargos 
setoriais explicados anteriormente neste trabalho. 
 
 
Figura 3- Composição Tarifária. 
Fonte: SGT (2017). 
 
 Seguido dos custos com tributos (29,5%) onde está composto o ICMS 
referente ao importo sobre a circulação de mercadorias e prestação de serviços de 
transporte de comunicação sendo ela intermunicipal ou interestadual, PIS/CONFINS 
são dois tributos pertencentes à constituição federal, que significam respectivamente 
19 
 
programa de integração social e contribuição para financiamento da seguridade social. 
A parcela referente aos custos com distribuição, ou seja, o custo para manter os ativos 
e operar todo o sistema de distribuição representa apenas (17%) dos custos das 
tarifas. Como observa-se na figura abaixo. 
 
Conforme ANEEL (2010) Atualmente a estrutura tarifaria do consumo de 
energia elétrica no Brasil e dividida de acordo com a tensão de fornecimento aos 
consumidores e classes de consumo. Sendo essas classes subdivididas em: 
 
Residencial – Unidades destinadas à moradia permanente, como casas e 
apartamentos. 
 
Industrial – Essa classe e destinada a unidades consumidoras que 
desenvolvem algum tipo de atividade industrial, como transporte ou transformação de 
matéria prima. 
 
Comercial, Serviços e Outras Atividades – Se enquadram os serviços de 
transporte, comunicação e telecomunicação entre outros. 
 
Rural – Enquadrados as atividades agropecuárias, cooperativa de eletrificação 
rural, indústria rural e serviços público de irrigação rural. 
 
Poder Público – Onde é realizada as atividades dos Poderes Públicos como 
Federal, Estadual ou Distrital e Municipal. 
 
Iluminação Pública – Se enquadra a iluminação de ruas, praças, jardins, 
estradas e outros logradouros de domínio público de uso comum e livre acesso, de 
responsabilidade de pessoa jurídica de direito público. 
 
Serviço Público – Refere-se a serviços como água, esgoto e saneamento. 
 
Consumo Próprio – Fornecimento destinado ao consumo de energia elétrica 
da própria empresa de distribuição 
20 
 
As estruturas tarifárias também podem ser categorizadas em dois grupos e 
cada um deles possuem subgrupos de acordo com a tensão fornecida. Consumidores 
do grupo A, são aqueles que são atendidos pela rede de alta tensão: Ou seja, 
consumidores ligados em tensões iguais ou superiores a 2,3KV, subdivididos em: 
 
Subgrupo A1: 230KV ou mais 
 
Subgrupo A2: 88KV a 138KV. 
 
Subgrupo A3: 69KV. 
 
Subgrupo A3a: 30KV a 44KV. 
 
Subgrupo A4: 2,3KV a 25KV. 
 
Subgrupo AS: Subterrâneo (Redes elétricas subterrâneas). 
 
Consumidores do grupo B que é destinado as unidades consumidoras 
atendidas em tensão inferior a 2,3KV conhecida como 127V, 220V e 440V), 
subdivididos em: 
 
Subgrupo B1 - Residencial e Residencial de Baixa Renda. 
 
Subgrupo B2 - Rural, Cooperativa de Eletrificação Rural e Serviço Público de 
Irrigação. 
 
Subgrupo B3 - Demais Classes como Industria, comercio, poder público, 
serviço público e consumo próprio. 
 
Subgrupo B4 - Iluminação Pública. 
 
Tarifas social de baixa renda, com base na legislação vigente, todos os 
consumidores residenciais com consumo mensal inferior a 80kWh, ou aqueles que 
21 
 
estejam situados entre 80 e 220kWh/mês e que comprovem com as devidas 
documentações, poderão fazer jus ao benefício dessa subclasse. (ANEEL, 2016) 
 
Segundo o Instituto Brasileiro de Defesa do Consumidor (2018) Dentre o 
sistema tarifário existem as bandeiras tarifarias que aparecem nas contas impressas 
de energia que chegam até sua residência, essas bandeiras aparecem para todos do 
país desde 2015, exceto em Roraima, que não faz parte do SIN (Sistema interligado 
Nacional).Essas tarifas são classificadas por cores, verde, amarela e vermelha. É 
indicam, mensalmente, se haverá ou não acréscimo no valor da energia devido ao 
uso das termelétricas. Ou seja, quando está é conhecida como época da seca, que 
pela escassez de chuva, o nível dos reservatórios das hidrelétricas cai e, como 
consequência, a produção de energia diminui. Para compensar, o governo manda 
acionar as termelétricas que são mais caras, por sua forma de geração de energia 
elétrica. Então por esse motivo foi criado as bandeiras para custear esse investimento 
na produção de energia. 
 
Segundo a SGT (2019), essa tarifa deixa mais transparente o sistema de 
energia, dando a possibilidade ao consumidor de reduzir o consumo quando as 
termelétricas são acionadas. 
 
Bandeira Verde – Custo baixo, portanto a tarifa não sofre nenhum reajuste 
naquele mês. 
 
Bandeira Amarela – Alerta, condições de geração menos favoráveis. A tarifa 
sobre acréscimo de R$ 0,04169 para cada kWh consumido. 
 
Bandeira Vermelha – Valor de produção alto, onde sua tarifa sofre reajuste de 
R$ 0,06243 para cada kWh consumido, para custear os altos custos da geração por 
fonte de energia elétrica alternativa. 
 
22 
 
E atualmente implementado pela ANEEL em 2015, a chamada Tarifa branca, 
uma nova opção tarifaria para as unidades consumidoras atendidas em baixa tensão 
(127,220, 380 ou 440 Volts), também conhecida como grupo B. (SGT, 2019) 
 
Podem aderir a tarifa branca os consumidores das classes, residencial, rural e 
industrial. Com algumas exceções como para subclasses Residencial Baixa renda e 
para a Iluminação Pública do subgrupo B4. A tarifa branca possui valores diferentes 
ao longo do dia, diferente da modalidade convencional, que tem um único valor de 
tarifa, conforme ECOA Energias renováveis, (2020). 
 
Conforme SGT (2015), temos 3 valores de tarifa, aplicados de acordo com os 
períodos classificados pela concessionaria de energia. Vale ressaltar que o 
vocabulário fora de ponta significa o período de tempo onde o consumo geral de 
energia elétrica e mais baixo, onde a capacidade máxima das linhas de transmissão 
de energia está longe de ser atingida. 
 
 Durante esse período, as tarifas de energia elétrica e demanda não sofrem 
nenhum acréscimo. Muitas concessionárias fazem isso para estimular o consumo 
durante essas horas do dia. A figura a seguir exemplifica os valores vigentes para a 
classe residencial. 
 
 
Figura 4 - Valores vigentes da Tarifa Branca para a classe residencial. 
Fonte: ANEEL (2020). 
23 
 
Como pode-se observar pela figura o turno intermediário é quando o sistema 
está começando a se sobrecarregar normalmente e um período de 1 a 2 horas, já o 
horário de ponta normalmente e um período de 3 horas consecutivas. 
 
O aumento do preço da energia elétrica tem como objetivo principal estimular 
o consumo de energia elétrica nos demais horários do dia (fora do horário de pico), o 
que resultará no tamanho da linha de transmissão para melhor atender à carga sem 
a necessidade de superdimensionamento para atender a demanda de energia apenas 
nessas 3 horas. 
 
Esses valores são respectivamente de R$ 0,510 no horário fora de ponta, um 
valor de R$ 0,723 no turno intermediário e R$ 1,110 no horário de ponta, e o valor 
normal registrado pela concessionária seria o convencional tendo valor de R$ 0,577 o 
kWh. (SGT, 2015) 
 
Importante observar que a opção de análise de tarifação de energia elétrica 
deste trabalho foi do tipo residencial. Para tanto, não são considerados horários de 
ponta e fora de ponta. 
 
2.3 Medição de Energia 
 
Segundo MEGRAW e outros (2002), o medidor de energia elétrica é uma 
máquina bastante útil e mede com precisão a eletricidade que está sendo utilizada por 
uma residência. Desta forma, o medidor de quilowatt-hora é um dispositivo que 
multiplica mecanicamente a amperagem e a diferença de potencial de uma corrente. 
Em seguida, ele registra o uso de energia ao longo do tempo para encontrar a energia 
total usada. 
 
Atualmente, existem alguns sistemas de medição e leitura, como a medição 
distribuída com leitura centralizada, medição distribuída com telemetria, medição 
centralizada e leitura e medição pré-paga. A medição distribuída tem um dispositivo 
de medição separado em cada unidade de consumidora, que pode ser usado de 
24 
 
usuários residenciais até usuários industriais. Para este processo, é necessária a 
presença de uma pessoa responsável por efetuar essa medição para obter os dados 
de consumo e demanda cadastrada. (RIBERA, 2013) 
 
Quando se refere a medição distribuída com função de leitura centralizada é 
semelhante ao anterior, mas utiliza um medidor global dedicado para verificar a 
medição total das unidades do usuário pertencentes ao sistema de medição. (ITO, 
2003) 
 
O medidor pertence ao conjunto em cada unidade consumidora e é conectado 
à rede para verificar os dados registrados de todos os usuários no mesmo conjunto a 
partir de um único ponto. O que garante a segurança contra riscos de incêndio, curtos, 
sobre correntes e até mesmo fraudes. Já o modelo de medição distribuída com tele 
medição, utiliza medidores eletrônicos. Possuem aquisição de dados de consumo de 
forma remota, permitem que a concessionaria possa realizar suspenção de 
fornecimento e restabelecimento da energia remotamente é sua comunicação ocorre 
via rádio ou linha telefônica. (ITO, 2003) 
 
A proposta de regulamentação do padrão do medidor eletrônico estabelece 
como grandezas a serem medidas a tensão, a energia elétrica ativa consumida e a 
energia elétrica reativa requerida; e como funcionalidades complementares o registro 
de frequências de interrupções, o registro de duração de interrupções, o registro de 
duração de transgressão de tensão, a capacidade de aplicação de quatro postos 
tarifários e a capacidade de atuação, parametrização e leitura remota. (ITO, 2003) 
 
2.4 Importância do Monitoramento do Consumo de Energia 
 
Segundo a IBM (2011), mostra que muitos consumidores em todo o mundo 
desconhecem o custo da energia elétrica assim como outros conceitos básicos 
relativos ao seu consumo. Os consumidores atualmente não possuem conhecimento 
suficiente para poder reduzir o consumo e tirar partido dos benefícios da gestão 
inteligente de energia. 
25 
 
 
Uma das formas mais práticas de motivar os consumidores é a sinalização 
econômica do seu comportamento ou ações. Muitas vezes, monitorar o consumo por 
meio da conta de energia não é suficiente para entender melhor o consumo próprio 
de energia elétrica. (da COSTA, SERMANN, da SILVA, 2016) 
 
Existem vários dispositivos instalados, a participação de cada dispositivo no 
consumo tem impacto no valor da conta. Muitos sabem apenas o que os outros falam 
a respeito de alguns equipamentos como o ar condicionado, chuveiro elétrico, forno 
elétrico, freezer entre outros equipamentos. Nesses casos se torna necessário um 
acompanhamento mais frequente, semanal ou até mesmo diário, através de leitura 
direta dos medidores de consumo. (IBM, 2011) 
 
Segundo Darby (2006) Sistemas de monitoramento em que é possível 
acompanhar a evolução do consumo se tornam uma ferramenta de aprendizado, 
permitindo aos usuários aprenderem a controlar seu consumo de forma mais eficiente 
por meio da experimentação. 
 
Constatou-se que medidores que conseguem dar um feedback imediato e de 
fácil acesso permitem uma economia de energia na faixa de 5 a 15%. Por tanto uma 
pessoa bem informada do seu consumo através da medição inteligente podemos dizer 
que e uma forma promissora as quais os consumidores podem observar como as 
mudanças de hábitos alteram os gastos com a energia elétrica de forma mais rápida, 
se comparado ao controle feito através das faturas de energia recebidas a início ou 
final de cada mês. (Darby, 2006) 
 
2.5 Tecnologias já Existentes no Mercado 
 
Neste tópico será abordadoalguns dos sistemas disponíveis para 
monitoramento de consumo de energia elétrica, onde serão apresentadas as 
principais diferenças destes dispositivos com o protótipo proposto neste trabalho. 
 
26 
 
Vale ressaltar que os medidores inteligentes descritos a seguir são utilizados 
para a obtenção de informações como tensão, corrente, potências entre outros, 
porém, os usuários não tem interesse em dados técnicos e precisam ter acesso a 
informações mais comuns como: Qual é o consumo e o valor representado, quantia 
utilizada e medida pelo protótipo referente ao consumo gasto pelo usuário. Podendo 
assim compreender o consumo e poder tomar decisões necessárias para uma melhor 
economia. 
 
Para tanto, seguem abaixo os principais dispositivos utilizados para medições 
atualmente: 
 
2.5.1 Home Energy Monitor 
 
O HEM fornece informações em tempo real do custo hora referente ao consumo 
de energia elétrica do equipamento que está sendo analisado, possui uma fácil 
utilização e preços mais acessíveis. Atualmente existem diversos modelos disponíveis 
para compra com preços que podem variar conforme suas utilizadas, foram 
desenvolvidos exclusivamente para ajudar o consumidor a controlar seus consumos 
de forma a reduzir os gastos, além de ser portáteis, simples e baratos, porém não 
substituem o contador tradicional. 
 
Segundo Josué (2010) Esses dispositivos são do tipo plug-in, realizam a 
medição de dispositivos individualmente, esses medidores são instalados entre a 
tomada de fornecimento de energia e o aparelho o qual irá realizar a medição, alguns 
são instalados junto ao medidor eletromecânico, digital ou quadro de distribuição 
elétrica. 
 
Existem vários sistemas de monitoramento que medem os consumos de 
apenas um equipamento elétrico e outros que conseguem medir o consumo total de 
eletricidade em uma habitação, a seguir será apresentado alguns modelos. 
 
2.5.2 Kill a Watt 
27 
 
 
Foi desenvolvido pela empresa P3 International nos Estados Unidos. A 
empresa no desenvolvimento desse produto apresentou uma variedade grande de 
plug-in. Segundo a P3 International (2020) afirma que o Kill a Watt é um sistema que 
além de monitorar o consumo é capaz de analisar a qualidade da energia recebida 
através da tensão, tensão de linha e fator de potência. 
 
Apresenta um visor LCD aonde pressionando os botões abaixo do visor pode 
alterar as informações que são ilustradas no LCD como Volts, Amperes, Watts, 
frequência em sua unidade de medida em Hertz, Volt-Amperes ou Kilowatts-hora, 
como podemos observar na figura abaixo. (P3 INTERNATIONAL) 
 
 
Figura 5 - Kill a Watt. 
 Fonte: P3 International 
 
2.5.3 Power-Mate 
 
O Power-Mate, é desenvolvido pela empresa australiana CCI (Computer 
Control Instruments), possui um LCD, onde e disponibilizado diversos dados de 
energia medidos. 
 
Segundo a empresa fabricante CCI (2020) seu equipamento possui leituras que 
podem trazer benefício ao seu consumidor como a inclusão da potência ativa e a 
reativa, além disto esse sistema estima as emissões de CO2 resultantes e possui uma 
elevada resolução e sensibilidade, permitindo medições de 1/1000 A e de 1/10W. A 
28 
 
versão mais avançada possui interface serial para comunicação com o computador, 
onde esses dados são armazenados para ser analisados posteriormente, também é 
um dispositivo que mede apenas um equipamento por vez. 
 
2.5.4 Mult-Kron 120 FJ 
 
Segundo sua empresa desenvolvedora KRON Medidores (2020) é um 
instrumento digital microprocessado, para instalações de fundo de painel, que permite 
a medição de até 44 parâmetros elétricos em sistema de corrente alternada (CA). 
 
O medidor calcula os parâmetros elétricos, para isso é preciso fazer primeiro a 
passagem da fase pelo interior do aparelho no sentido da corrente para depois 
conecta-lo o quadro de distribuição, também é necessário realizar esse procedimento 
para garantir a medição correta do equipamento. 
 
Este aparelho possui alimentação auxiliar alimentando em seus devidos 
bornes. Este equipamento é dedicado a sistemas de baixa tensão. Podemos visualizar 
o medidor Mult-Kron 120FJ, conforme a figura abaixo. (KRON MEDIDORES, 2020) 
 
 
Figura 6 - Medidor Mult-Kron 120FJ. 
Fonte: KRON (2020). 
 
2.5.5 British Gás Smart Meters 
 
29 
 
Após a empresa inglesa British Gás comprar a empresa AlertMe que era a 
responsável por desenvolver sistemas de monitoramento residencial. British Gás 
desenvolve medidores de gás e eletricidade. 
 
Sensores são instalados no quadro elétrico ou no medidor 
eletromecânico/digital e os dados são transmitidos via wireless para um monitor onde 
mostra temperatura do ambiente, nos dígitos superiores mostra o valor em tempo real 
do kWh, nos dígitos inferiores o valor lido no dia. 
 
Embaixo desses dígitos existe uma barra de orçamento para poder 
acompanhar o consumo de energia elétrica, também possui um sinal de força de 
cobertura e de bateria para poder monitorar a situação do medidor, onde o consumidor 
pode gerenciar seu consumo. (BRITISH GAS, 2020) 
 
2.6 Comparativo entre as Formas de Medição Atuais e a Proposta 
 
A seguir, será apresentado um comparativo técnico e financeiro entre os 
dispositivos citados na seção 2.5 e o protótipo proposto neste trabalho. Na tabela a 
seguir podemos visualizar algumas características dos sistemas apresentados onde 
mostra suas informações técnicas, pais de origem, preço, componentes e algumas 
funções que mais interessam aos consumidores. 
 
Para tanto, foi realizada uma pesquisa de valores e, posteriormente a média 
aritmética dos preços obtidos em lojas mais renomadas e de referências, esses preços 
não foram inclusos o frete para a região de Rondônia pois tem diferença de época ou 
diferentes distribuidores. 
 
 
 Origem Preço (BRL) Informações técnicas 
Kill a Watt 
(USA) 
R$ 201.11 → Display 
→ Detalhes de consumo por 
equipamento. 
Power-Mate (AUS) R$ 609,19 → Display 
→ Controle automático 
30 
 
→ Detalhe de consumo 
→ Conscientização ambiental 
Mult-Kron 120 FJ 
 
(BRA) R$ 1.344,90 → Display 
→ Detalhe de consumo 
→ Medição das principais grandezas 
→ Analisa circuitos e equipamentos 
→ Qualquer aplicação envolvendo 
medição de parâmetros elétricos 
Energy Smart 
(ENG) 
R$ 866.89 → Display 
→ Detalhes de consumo 
→ Monitoramento remoto 
→ Banco de dados de consumo 
→ Consumo em dinheiro 
→ Transmissão via Wireless 
Proposta deste 
estudo 
(BRA) R$ 195,56 →Display 
→Detalhes de consumo 
→Interface amigável 
→Banco de dados de consumo 
→Consumo periódico 
→Consumo em dinheiro 
→Dispositivo único 
Tabela 2 - Comparativo Técnico dos Medidores. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
O protótipo de medição de consumo de energia elétrica a ser desenvolvido 
possui algumas diferenças quando comparados com os demais em alguns aspectos. 
Os sistemas Kill a Watt e Power-Mate são dispositivos do tipo plug-in, como explicado 
anteriormente, este tipo de dispositivos somente efetuam a medição de apenas um 
equipamento por vez, são dispositivos práticos para poder identificar o consumo 
individual. Como conhecer o consumo de secadores, forno elétricos, freezer entre 
muitos outros equipamentos de sua residência. 
 
Quando falamos de dispositivos de medição de uma residência ao todo 
podemos escolher o EnergyMater ou até mesmo o Mult-Kron, são dispositivos que 
utilizaremos como modelo para o nosso protótipo, os sensores ficam junto ao quadro 
elétrico da residência ou comercio, monitorando todo o consumo em tempo real e 
transmitindo os dados em um display onde o usuário pode verificar o consumo em 
qualquer parte do dia do seu interesse. 
 
Em contrapartida o protótipo desenvolvido contará com a maior parte de 
funcionalidades desses dispositivos presentes neste estudo, com foco em economizar 
e poupar o usuário financeiramente. 
 
31 
 
3 MATERIAL E MÉTODOS. 
 
 
 
A finalidade destetrabalho é desenvolver um protótipo que realize a medição 
do consumo de energia elétrica em tempo real e armazenamento de dados de 
consumo de uma residência ou determinado circuito. A seguir na figura a baixo, 
podemos observar um diagrama de blocos onde se pode visualizar os elementos do 
protótipo, que serão detalhados e explicados as suas ligações e seus componentes. 
 
 
Figura 7 - Diagrama em Blocos do projeto. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Detalhamento do diagrama de blocos: 
 
O protótipo é composto por várias partes, onde se encontra conectado o 
modulo de monitoramento elétrico multifunção, determinado como (1) reflete o 
posicionamento onde será conectado a fiação para a leitura dos dados que serão 
coletados. Essa colocação está entre a rede elétrica e o eletrodoméstico (1). 
 
 Em seguida temos o dispositivo que fara o trabalho pesado que é encarregado 
de realizar essa medição o PZEM-004T (2), logo em seguida temos o cérebro do 
protótipo o microcontrolador Arduino UNO (3) encarregado de fazer o processamento 
dos dados, o display (4) onde será ilustrado os valores da medição. 
 
32 
 
 A seguir temos o modulo Ethernet (5) com adaptador SD para realizar o 
armazenamento de dados e por último o computador (6) onde o consumidor terá 
acesso a todos os dados medidos num determinado período. 
 
3.1 Módulo de Monitoramento Elétrico Multifunção PZEM-004T (2) 
 
O módulo multifunção pzem-004t ele tem a função de um voltímetro AC, 
wattímetro, amperímetro, este modulo e altamente tecnológico e eficiente 
desenvolvido para fazer medições de tensão AC, corrente alternada e consumo de 
equipamentos elétricos ou de um circuito desejado. Possui um transformador de 
corrente (TC) com a capacidade de medição de corrente alternada de até 100A. 
(USINAINFO,2020) 
 
Aplicando esse TC, de forma a abraçar o fio e alimentar o módulo, conforme a 
figura a baixo, onde será possível verificar dados de tensão, corrente e consumo em 
tempo real por meio de sinais TTL, os sinais TTL são níveis lógicos compatível onde 
são 0 e 1 podendo ser 0 e 5 volts neste casso, a sigla TTL significa Lógica transistor-
transistor. 
 
O TTL é uma classe de circuitos digitais construídos a partir de transistores 
bipolares de junção (BJT) e resistores. Ele é chamado de lógica transistor-
transistor por que tanto a função lógica de programação e a função de 
amplificação são realizadas por transistores. (NOVA ELETRONICA, 2020). 
 
A junção BJT nada mais é que dois tipos de estruturas de camadas NPN na 
direita e PNP na esquerda, nada mais são que polaridades de um componente onde 
PNP e positivo-negativo-positivo, NPN é negativo-positivo-negativo. (MATTEDE, 
2020) 
 
Segundo o datasheet do módulo de medição o aparelho possui as seguintes 
descrições: 
 
33 
 
4 Tensão: 80 ~ 260Vac. 
5 Corrente: 0 ~ 100A. 
6 Potência nominal: 0 ~ 2.3kW 
7 Frequência de operação: 45-65Hz 
8 Precisão da medição: 0.5% 
 
Na figura abaixo podemos observar o diagrama de blocos desse modulo de 
medição onde temos a alimentação o GND e 5V, TX e RX que são os pinos para a 
comunicação com o microcontrolador, passando por o TTL, a zona de isolação da 
medição para a zona comunicação do módulo. 
 
 
Figura 8 - Diagrama de Blocos PZEM-004t. 
 Fonte: Datasheet PZEM-004T. 
 
Logo em seguida temos o conjunto de componentes que realiza a conversão 
de sinal obtido pelo TC em outras grandezas elétricas, no lado da esquerda da figura 
temos uma entrada e saída da parte de medição podendo ser ela de algum aparelho 
ou circuito, e uma entrada e saída para a conexão do TC. (PZEM-004T, 2020). 
 
3.2 Microcontrolador Arduino Uno (3) 
 
Arduíno Uno é uma placa microcontrolada baseada no ATmega328P (ficha 
técnica). Possui 14 pinos de entrada / saída digital (dos quais 6 podem ser usados 
como saídas PWM), 6 entradas analógicas, um ressonador de cerâmica de 16 MHz, 
34 
 
uma conexão USB, um conector de alimentação, um conector ICSP e um botão de 
reinicialização. 
 
 Este modulo contém tudo o que é necessário para dar suporte ao 
microcontrolador; simplesmente fazendo a conexão com um computador via cabo 
USB ou com um adaptador AC-DC ou bateria como alternativa para sua alimentação. 
 
 
Figura 9 - Detalhamento de componentes Arduino. 
Fonte: TECH SUL ELETRONICOS (2020). 
 
"Uno" significa um em italiano e foi escolhido para marcar o lançamento do 
Arduino Software (IDE) 1.0. A placa Uno de versão 1.0 do Arduino Software (IDE) 
eram as versões de referência da empresa, agora evoluídas para versões mais 
recentes. A placa Uno é a primeira de uma série de placas USB, onde se tornou o 
modelo de referência para a plataforma Arduíno. (ARDUINO, 2020). 
 
3.3 Módulo Ethernet Shield (4) 
 
O Ethernet Shield W5100 é uma placa Arduino que permite a conexão a 
internet. Esse modulo possui um slot para cartão micro-SD para armazenar dados e 
arquivos. A comunicação entre o Arduino, Ethernet Shield W5100 e o cartão Micro SD 
é realizada através do protocolo BUS SPI, portanto para utilizar o slot para cartão 
35 
 
Micro SD a rede deve estar em standby. Se eles estiverem ativos ao mesmo tempo, 
os dados entram em conflito. 
 
 
Figura 10 - Detalhamento do modulo Ethernet. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Esse modulo funciona com tensão de 5V e se comunica por meio de SPI. O 
SPI é um tipo de comunicação serial onde transferência de dados é feita bit a bit. O 
SPI possui sinais de comunicação de direção fixa e definida. O que significa que 
existem dois transistores definindo o estado de um pino. 
 
3.4 Custo dos dispositivos utilizados 
 
A seguir, podemos visualizar na tabela 3 os custos para a obtenção dos 
módulos utilizados e o mercado onde foi realizado a compra dos mesmos. 
 
Custo dos dispositivos 
Módulos utilizados Mercado Preço (BRL) 
PZEM-004T Ali Express (China) R$ 77,65 
Display LCD 16x2 Ali Express (China) R$ 16,89 
Modulo Ethernet W5100 Ali Express (China) R$ 27,98 
Arduino UNO Ali Express (China) R$ 21,44 
Outros Ali Express (China) R$ 51,60 
Total: R$ 195,56 
Tabela 3 – Custo dos dispositivos utilizando para a construção do protótipo. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
36 
 
Vale ressaltar que os dispositivos foram comprados fora do Brasil, onde o preço 
pode variar conforme o valor do dólar. A loja escolhida, oferecia frete gratuito. Portanto 
o valor total para a confecção do protótipo e de R$ 195,56. 
 
3.5 Implementação do Sistema 
 
O protótipo para monitoramento de consumo de energia elétrica residencial é 
um dispositivo portátil que deve ser instalado próximo a caixa de entrada de energia 
ou do quadro de distribuição geral onde é instalado os disjuntores dividindo os circuitos 
da casa. O sensor de corrente funciona como um alicate amperímetro por esse motivo 
e considerado um sensor não invasivo, interligado com o PZEM-004t que faz a 
interligação em paralelo com a entrada de cada fase. 
 
Deste dispositivo, será implementado somente para entrada monofásica para 
efeito de testes. O protótipo é em tempo real, é através de um modulo Ethernet Shield, 
com slot para cartão de memória onde será armazenado os dados, podendo ser 
acessado através de um computador para poder visualizar a coleta de dados obtida 
pelo protótipo. 
 
A elaboração do protótipo se divide em várias partes, a primeira de todas é a 
análise do hardware envolvendo a coleta de dados feita pelo sensor de corrente e pelo 
modulo pzem-004t, realizando o armazenamento e processamento no Arduino. 
 
Após a leitura e processamentos desses dados, faz-se a comunicação entre o 
Arduino e o modulo Ethernet Shield para que os dados lidos e processados sejam 
armazenados em um banco de dados em um arquivo de formato txt, assim facilitando 
o acesso de qualquer lugar que tenha um slot de SD. 
 
O conjunto contará com um dispositivo simples, composto por kits e tecnologias 
em módulos. O mesmoencontra-se instalado sobre uma placa protoboard para assim 
facilitar e minimizar as conexões, como mostra a na figura 11 a seguir o protótipo ainda 
em construção. 
37 
 
 
Figura 11 - Protótipo em construção. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Dessa maneira, o sistema poderá ser instalado em uma residência, o qual, 
necessita de um cartão SD para ser conectado ao modulo Ethernet Shield, bem como, 
o Arduino precisará de uma alimentação de 5V, podendo ser feito por pilha, porta USB 
ou mesmo um carregador com essa tensão de saída. O protótipo ficará posicionado 
ao lado da caixa de disjuntores, onde será analisado o consumo em tempo real. 
 
A seguir podemos observar o esquema de ligação de cada componente em 
relação a Medição da própria concessionaria, o display LCD utilizado tem 16 colunas 
e 2 linhas para realizar essa conexão com o Arduino, foi empregado 4 pinos de dados, 
utilizando os pinos digitais do Arduino (9,10,11 e 12) e 2 de controle (7 e 8). 
 
 
Figura 12 - Esquema de ligação do protótipo. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
38 
 
Também será utilizado um potenciômetro de 10kΩ para poder realizar o 
reajuste do contraste ligado ao pino 3 do display. Já a ligação do PZEM-004t, este 
possui os pinos de alimentação VCC e GND como os pinos de comunicação RX e TX 
para enviar os pulsos medidos para o microcontrolador que foram escolhidos os pinos 
2 e 3 respectivamente no Arduino. 
 
Considerando os pontos de conexão que realiza a medição, possui 2 bornes 
para o sensor de corrente que é responsável por realizar a coleta da variável desejada 
e, outros 2 bornes onde será interligado na carga onde fará essa leitura de potência e 
tensão distribuída pela residência ou circuito. 
 
A partir de então, observando o esquema de ligação supracitado da figura 12, 
podemos ver abaixo através da figura 13 as ligações elétricas no medidor. 
 
 
Figura 13 - Ligação cabos PZEM-004T na carga. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Assim, para a obtenção de todas as leituras e comunicação desses módulos, 
no qual o protótipo está conectado, foram realizados todos os procedimentos 
necessários através de uma programação, utilizando as bibliotecas dos módulos e 
combinando-as para poder chegar ao resultado proposto. Essa programação estará 
disponível nos apêndices deste trabalho. 
 
3.6 Resultados 
39 
 
O resultado final deste trabalho tem como base os registros salvos na memória 
de massa do protótipo e análise dos valores obtidos, bem como, o comportamento do 
dispositivo durante os períodos dos ensaios. Desta forma, será possível visualizar 
questões como funcionalidade, localização da instalação do protótipo, coerência nas 
leituras obtidas e, finalmente, se os objetivos foram satisfatórios. 
 
O ensaio foi realizado em uma casa unifamiliar com sistema de medição do tipo 
monofásico. As conexões do protótipo foram ligadas ao padrão de medição do 
domicílio permitindo assim analisar todo o consumo durante oito horas ininterruptas, 
estando os habitantes da residência em suas tarefas normais. Ademais, tomou-se o 
cuidado no momento de realizar as conexões, conectando-as em paralelo para 
realização da coleta dos dados como tensão, corrente, potência e kWh. 
 
Na figura 14 a seguir, podemos observar a posição do protótipo no sistema de 
medição e o mesmo em funcionamento. 
 
 
Figura 14 - Protótipo em funcionamento. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
A partir dos valores coletados pelo protótipo, foi possível avaliar a geração de 
três gráficos para poder observar o comportamento, das seguintes grandezas 
elétricas: Tensão, corrente e potência elétrica. 
40 
 
 
Figura 15 - Gráfico dos níveis de tensão. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020) 
 
 
Figura 16 - Gráfico dos níveis de corrente. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020) 
 
 
Figura 17 - Gráfico dos níveis de Potência. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Considerando os valores de grandezas elétricas obtidos pelo protótipo, estes 
foram todos armazenados em um cartão SD, a partir da obtenção desses, foram 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
gerados os gráficos conforme as figuras anteriores para visualizar o comportamento 
ao longo do processo da medição. 
 
A seguir podemos observar na tabela 4 abaixo o resumo do ensaio, onde 
podemos ver a média das leituras realizadas pelo protótipo, valores mínimo e máximo, 
quantidade de amostras realizadas no período de medição entre outras informações 
como a data e hora de início e término que foram feitas essas leituras. 
 
Descrição 
Protótipo proposto 
Tensão Corrente Potencia 
Média das Leituras 125,3V 2,33A 222,61 W 
Valor Mínimo Lido 124,3V 1,99A 151,50 W 
Valor Máximo Lido 126,20V 2,95A 321,70 W 
Quantidade de amostras 54 
Data e Hora do Início da Leitura 22/11/2020 - 12h25min 
Horário do Encerramento da Leitura 20h25min 
Tabela 4 - Descrição Característica do Ensaio Utilizando o Protótipo. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Para melhor constatação dos dados das grandezas elétricas medidas pelo 
protótipo, foi realizado no início da leitura um registro do medidor de energia para 
poder visualizar a quantidade de quilowatt que o mesmo possuía para comparar os 
resultados obtidos do protótipo e o valor medido final pelo medidor da concessionaria 
local. Assim, podemos ver o valor no início da medição a seguir na figura 18. 
 
 
Figura 18 - Quilowatt Inicial no início da leitura. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
 
42 
 
A partir de então, vemos na figura 18, os valores indicados no medidor da 
concessionária inicialmente era de 06567, após um determinado período, dessa 
leitura foi constatado que o protótipo obteve valores de kWh medidos, como podemos 
observar na figura 19 abaixo. 
 
 
Figura 19 - Gráfico do Quilowatt-hora medido pelo protótipo. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Analisando o gráfico acima podemos observar o valor medido na retirada do 
protótipo após as oito horas de leitura é de: 1,67kWh. Realizando uma medição a cada 
10 minutos obtivemos 54 amostras. Sabemos que nosso dia possui 24 horas portanto 
temos 3 ciclos de 8 horas, se pegarmos o valor lido pelo protótipo e multiplica-lo pela 
quantidade de ciclos que temos no dia obteremos o valor estimado de uma medição 
em kWh de 24 horas. 
 
24 horas ➜ 3 ciclos de oito horas 
kWh estimado = kWh medido * Qtd ciclos de 8 horas 
kWh estimado = 1,67kWh * 3 horas 
kWh estimado = 5,01 kWh 
 
Dessa forma, para saber se a estimativa calculada está coerente, foi registrada 
uma imagem, através de fotografia do visor do medidor. No dia seguinte, no mesmo 
horário que foi medido da primeira vez, para poder verificar a veracidade da estimativa 
em kWh. Assim, podemos observarna fotografia da figura 20, abaixo, o medidor 
apresenta o valor de 06572 em seu visor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
 
Figura 20 - Valor medido após 24 horas do início da leitura. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
Para tanto, foi constatado exatos 5,00 kWh. Pode-se perceber um erro de 1%. 
Podendo haver variações positivas ou negativas conforme as variações do dispositivo. 
 
Concluindo, se multiplicarmos o valor estimado de 5,01kWh por 30 dias, temos 
uma estimativa mensal de consumo total de energia elétrica de 150,3kWh. Para maior 
esclarecimento, o responsável pela residência disponibilizou uma fatura de consumo 
referente a uma leitura do dia 16/10/2020 ao 16/11/2020, com consumo total de 
143kWh, como podemos observar na Figura 21, a seguir. 
 
 
Figura 21 - Conta de Luz do Consumidor. 
Fonte: Elaborado pelo autor (2020). 
 
44 
 
Por final, observando a estimativa mensal do protótipo é de 150,3kWh se 
multiplicarmos pelo valor do kWh estipulado pela concessionária local que é de 
0,747088 temos uma diferença de R$ 5,46. Quando comparado com o valor da conta 
de luz da residência, sem contar as taxas referente a iluminação pública, correções 
monetárias, multas e juros. 
 
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
O protótipo apresentado nesse trabalho foi desenvolvido com intuito de facilitar 
o acesso do consumidor aos registros das medições elétricas de forma que esse 
usuário possa acompanhar o seu consumo através deste dispositivo instalado no 
quadro geral de distribuição interna do imóvel. Assim, de maneira que, este usuário 
possa monitorar os registros de forma otimizada e em tempo real. 
Atualmente existem no mercado diversos produtos com tecnologia para efetuar 
essas medições, sendo que os mesmos, possuem um custo elevado, o que não o 
torna atrativo para o consumidor. Paralelamente é ofertado comercialmente 
medidores similares, contudo inacessíveis ao consumidor de baixa renda, como 
mostrado ao longo desse trabalho. Esse valor pode variar dependendo das 
funcionalidades e a forma que esse equipamento efetua as medições. 
Dessa forma, quando é mencionado medição de consumo em tempo real, 
refere-se à possibilidade de um acompanhamento com intuito de identificar os 
desperdícios de energia elétrica em uma residência. Como consequência, o usuário 
poderá avaliar seu consumo de energia no setor residencial, de forma que, com os 
dados das medições registradas, o mesmo, poderá se conscientizar-se e atuar na 
redução de consumo e desperdícios. 
Para tanto, levando em consideração a análise final dos resultados exibidos 
durante os testes do protótipo, este, apresentou resultados precisos e com valores de 
aquisição satisfatórios, mostrando-se um protótipo funcional e aplicável. Observando-
se os resultados de consumo em kwh, através da estimativa realizada, posteriormente 
comparando os valores da concessionária de energia elétrica, observou-se uma 
diferença pouco significativa. 
Concluindo, o protótipo desenvolvido nesse trabalho é viável técnica e 
economicamente para ser implantado no mercado de consumo de energia elétrica. 
45 
 
De forma que, esse dispositivo cumpre bem sua função de mostrar aos consumidores 
os valores de leitura em tempo real. Tendo ainda a possibilidade de ser aperfeiçoado 
tecnologicamente em estudos posteriores. 
 
 
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branca/#:~:text=Podem%20aderir%20%C3%A0%20Tarifa%20Branca,com%20tarifa
%20do%20grupo%20B.&text=Grupo%20A%20com%20tarifa%20do%20grupo%20B
%2C%20conforme%20descrito%20no,Resolu%C3%A7%C3%A3o%20Normativa%2
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_Intelige.html?id=B_Z4JeO_3VAC&printsec=frontcover&source=kp_read_button&red
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https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-
abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-
172/Energia%20Renov%C3%A1vel%20-%20Online%2016maio2016.pdf. Acesso 
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amperimetro-pzem-004t-v30-100a-260v-com-saida-ttl-5737.html. Acesso em: 
19/11/2020. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
50 
 
APÊNDICE 
A) Programação: 
#include <PZEM004Tv30.h> 
#include <LiquidCrystal.h> 
#include <SPI.h> 
#include <SD.h> 
PZEM004Tv30 pzem(2,3); 
File meuArquivo; 
LiquidCrystal lcd(8, 9, 10, 11, 12, 13); 
void setup() { 
 lcd.begin(16, 2); 
 Serial.begin(115200); 
 while (!Serial) { 
 } 
 Serial.print("Inicializando Cartão SD..."); 
 if (!SD.begin(4)) { 
 Serial.println("Inicialização Falhada!"); 
 while (1); 
 } 
 Serial.println("Inicialização salva."); 
 meuArquivo = SD.open("Leitura.txt", FILE_WRITE); 
 if (meuArquivo) { 
 Serial.print("Escrevendo em Leitura.txt..."); 
 meuArquivo.println("Teste 1, 2, 3."); 
 } 
} 
void loop() { 
float v = pzem.voltage(); 
 if (v < 0.0) v = 0.0; 
 float i = pzem.current(); 
 if (i < 0.0) i = 0.0; 
 float p = pzem.power(); 
 if (p < 0.0) p = 0.0; 
 float e = pzem.energy(); 
51 
 
 delay(600000); 
 
 if (meuArquivo = SD.open("Leitura.txt",FILE_WRITE)) 
 { 
 Serial.println("Tensão: "+(String)v+"V"); 
 Serial.println("Corrente: "+(String)i+"A"); 
 Serial.println("Potencia: "+(String)p+"W"); 
 Serial.println("Quilowatt: "+(String)e+"kWh \n"); 
 
 meuArquivo.println("Tensão: "+(String)v+"V"); 
 meuArquivo.println("Corrente: "+(String)i+"A"); 
 meuArquivo.println("Potencia: "+(String)p+"W"); 
 meuArquivo.println("Quilowatt: "+(String)e+"kWh\n"); 
 meuArquivo.flush(); 
 meuArquivo.close(); 
} 
 lcd.setCursor(0,0); 
 lcd.print("V: "); 
 lcd.setCursor(2,0); 
 lcd.print(v); 
 lcd.setCursor(9,0); 
 lcd.print("A: "); 
 lcd.setCursor(11,0); 
 lcd.print(i); 
 lcd.setCursor(9,1); 
 lcd.print("W: "); 
 lcd.setCursor(11,1); 
 lcd.print(p); 
 lcd.setCursor(0,1); 
 lcd.print("Kwh: "); 
 lcd.setCursor(4,1); 
 lcd.print(e); 
 delay(500); 
}