CHUVEIRO AUTOMÁTICO COM MICROCONTROLADOR PIC

GRAVATAÍ/RS 2020 RESUMO Este artigo mostra a implementação de um dispositivo que realiza o controle da temperatura da água que sai do chuveiro elétrico, de maneira digital, onde o indivíduo pode selecionar a temperatura que ele quer para o seu banho. Essa temperatura é mostrada em um display de cristal líquido e o interesse é que esta temperatura seja conservada constante, sem correlação com uma mudança na vazão da água, indicando a estabilidade de temperatura para essa aplicação. Isso é possível, graças ao microcontrolador PIC 16F877A e um circuito de controle de potência, atuando em malha fechada. Dessa maneira, o intervalo de tempo preciso para alcançar a temperatura procurada é bem menor do que seria em um chuveiro tradicional, pois, quando se observa que essa temperatura foi alcançada, o dispositivo emprega somente a potência para que a temperatura seja conservada.

Interessante destacar que, a partir da temperatura desejada pelo consumidor e o sinal entregue pelo sensor LM 35, o PIC manda um sinal ao gate do TRIAC, fornecendo apenas a potência para que a água atinja o valor desejado. This is possible thanks to the PIC 16F877A microcontroller and a power control circuit, acting in closed loop. In this way, the time interval needed to reach the desired temperature is much shorter than it would be in a traditional shower, because, when it is observed that this temperature has been reached, the device uses only the power to maintain the temperature. It is interesting to highlight that, from the temperature desired by the consumer and the signal delivered by the LM 35 sensor, the PIC sends a signal to the TRIAC gate, providing only the power so that the water reaches the desired value.

In this work, another possibility is also indicated, the use of the PIC 16F877-04, which allows to adjust the value of operating time and water temperature, using sensors of type LM 73 and activation by current conduction angle. A presence sensor also allows the system to work only when someone is under the shower, bringing even more automation to the application. Ainda mais, com a troca da utilização de metais, por material plástico, tornando melhor a performance e a segurança, obedecendo às normativas de segurança (GERMINIANI; RIBAS, 2013). Da mesma forma, a evolução dos semicondutores e da eletrônica, permitiram que fossem criados sistemas que apresentavam um melhor consumo energético e maior conforto para o consumidor. O uso de microprocessadores possibilitou a premissa de se tornar um chuveiro elétrico, automático, dispondo de diversos controles.

Assim, além dos modelos tradicionais, com chaves que permitiam escolher a temperatura da água, existiam opções que controlavam a temperatura de maneira analógica, usando o controle em malha aberta, sem a possibilidade de realimentação, a partir do controle progressivo do potenciômetro (CARVALHO, 2018). O chuveiro elétrico constitui um dos dispositivos que mais consumem energia e água em um domicílio, aproximadamente, um terço do total para cada um desses recursos (NUNES et al. Antes da presença europeia no Brasil, os índios tomavam banho em cachoeiras e rios (JÚNIOR, 2017). O banho só passou a ser um costume de maior deleite para a população, somente depois de vários progressos obtidos na tecnologia e na engenharia. Antes do começo do século passado, o banho quente, no próprio domicílio, não era para muita gente.

Foi nessa época que apareceram os primeiros chuveiros elétricos (CARVALHO, 2018). A evolução dos chuveiros chegou ao plástico como constituinte estrutural, sobretudo, ao custo mais baixo e a maior segurança, quando comparado com o material metálico, usando resistências blindadas, aumentando progressivamente o dispositivo às normativas de segurança. Observa-se que, nos dispositivos elétricos usados nos domicílios, o que gasta mais energia é o chuveiro elétrico. A concessionária cobra o valor pago por cada KWh consumido, sendo que ele aumenta, conforme o consumo. A Tabela 1 exibe as tarifas para uma residência de baixa renda e para uma que se enquadra na tarifação normal, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) (PEREIRA; SILVA, 2015). Tabela 1 – Tarifa residencial para baixa renda e normal Fonte: Pereira e Silva, 2015 A evolução da tecnologia também trabalha a questão da eficiência energética.

Mais do que conservar o produto atraente para o futuro comprador, os diversos modelos realizam diversos ajustes que fazem com que o cliente tenha vontade em compra-los. Ele possibilita que seja utilizada uma tensão alternada, permitindo que a energia flua, a partir do recebimento de um sinal. Desse jeito, a energia tem o seu valor controlado, realizando disparos que podem ser ajustados no ângulo necessário (CARVALHO, 2018). O sensor é um dispositivo que gera uma resposta elétrica em virtude de modificações em requisitos físicos, como temperatura, luz e campo eletromagnético. A implementação pode contemplar diversos tipos de detecção, conforme o que é preciso dentro de certa aplicação. O microcontrolador lê o sinal fornecido pelo sensor, por meio de uma de suas entradas, que possui um conversor analógico-digital.

Chegou-se à conclusão de que ele teria que ser instalado perto da saída de água, onde a temperatura é quase igual a do banho (GERMINIANI; RIBAS, 2013). Figura 6 – LM 35 instalado no chuveiro Fonte: Germiniani e Ribas, 2013 Visando selecionar a temperatura do banho, o indivíduo tem dois botões de pulso, um deles para acrescer valor, ligado à porta 15 do PIC e outro para diminuir valor, ligado à porta 16 (GERMINIANI; RIBAS, 2013). Ligado a cada um desses pinos, há dois resistores de pull-up para que não haja curto da fonte, se os dois botões forem acionados ao mesmo tempo, como se vê na Figura 7. Figura 7 – Conexão dos Push Buttons Fonte: Germiniani e Ribas, 2013 No intuito que a temperatura selecionada para a água seja vista pelo indivíduo, pode-se colocar um display de cristal líquido.

Ele tem 14 pinos e sua conexão com o PIC foi realizada conforme folha de dados do dispositivo. Geralmente, a alimentação do próprio microcontrolador é usada como referência positiva para o conversor e o terra, como negativa. Esse chuveiro utilizou valores de referência que se aproximaram mais da faixa de tensão que o sensor disponibilizava. Dessa maneira, a precisão do conversor foi ampliada e o sistema mostrou uma resposta mais ágil diante das mudanças de temperatura (GERMINIANI; RIBAS, 2013). O protótipo é mostrado na Figura 10. Figura 10 – Protótipo construído Fonte: Germiniani e Ribas, 2013 Outra possibilidade de se ligar um chuveiro elétrico com microcontrolador PIC é apresentada a seguir. Quando chegar nos últimos 60 segundos, um LED fica piscando para indicar que o tempo está chegando ao fim, sendo ligado novamente, depois de 3 minutos (NUNES et al.

Caso a pessoa comece um banho e termine antes do tempo pré-determinado, saindo do chuveiro e não retornar nos 30 segundos posteriores, o sistema será desabilitado e só ficará ativo depois de 3 minutos Figura 11 -Fluxograma de funcionamento do controle automatizado do chuveiro Fonte: Nunes et al. CONSIDERAÇÕES FINAIS O trabalho aqui apresentado teve, como ideia principal, o uso do microcontrolador PIC para automatizar o funcionamento de um chuveiro, permitindo com essa ação, diminuir a quantidade de água utilizada e o consumo de energia elétrica da residência, o que caminha com o ideal de sustentabilidade e conservação dos recursos hídricos, tão preconizados na sociedade moderna. Assim, com o artigo, realizou-se a idealização de um protótipo que fazia o controle da temperatura em malha fecha, com realimentação, de um chuveiro elétrico tradicional, usando um microcontrolador PIC16F877A.

O indivíduo selecionava a temperatura almejada para o banho e o sistema realizava as intervenções necessárias para que a potência necessária fosse exercida até que a temperatura desejada foi alcançada. p. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica – Eletrotécnica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, PR, 2013. JÚNIOR, Eraldo José Costa. Estudo comparativo de custo/benefício entre sistemas de aquecimento de água elétrico, a gás e solar. p. Acesso em: 26 ago. PEREIRA, Marco Antônio Silva; SANTOS, Carlos Renato Borges dos. Protótipo de um sistema de aquecimento de água para população de baixa renda usando energia solar e elétrica, com reaproveitamento de calor. ForSci. r.