1. II TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO
INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA
INTERFACE DE CONSUMO DE ENERGIA
CURSO: Engenharia Elétrica PROFESSOR TIDIR: Alexandre W. C. Faria
André Luiz Araújo, André Oliveira, Clayton Lara, Fabrício Girundi, Geraldo, Luis Sergio, Kamila
Moura.
Resumo – Este artigo apresenta um sistema composto por software e hardware
que permite monitorar em tempo real o consumo de energia em cada circuito das
residências. Comparando os dados com valores pré-estabelecidos, o residente pode
facilmente identificar possíveis excessos ou falhas em suas instalações através de
avisos e alertas automáticos, bem como consultar um histórico de consumo parcial e
total de energia, desenvolvendo um consumo consciente, racional e sustentável.
Palavras-chave: Consumo, Energia, Sustentável, Residência, Software, Hardware.
1. Introdução
Um dos grandes problemas da atualidade é a crescente demanda de energia em
decorrência do desenvolvimento tecnológico que, aliado ao desperdício e falhas nas
instalações, resulta no consumo e custo muito maior que a demanda real, na
contramão da tão falada “atitude ambiental” [1].
Os grandes consumidores (indústria principalmente) já buscam otimizar seus
processos nesse sentido, porém os pequenos consumidores em seus lares não tem
as ferramentas adequadas para gerenciar seus gastos, gerando desperdício e
consumo além do necessário [1].
Uma ferramenta inteligente de controle de energia que organize e gerencie o
consumo na residência propondo otimizar a utilização da energia, é um sistema que
envolve a coleta de informações dos circuitos, analise, trate esses dados (tensão,
1

2. corrente, potencia) e seja capaz de informar ao usuário o consumo de energia em
tempo real, permitindo o gerenciamento de sua rede e controle de gasto [1] e [4].
2. Revisão Bibliográfica
A empresa Google associado à Energy Inc. criou recentemente um software de
gestão de energia conhecido como Power Meter. Através dele o consumo de
energia elétrica residencial pode ser informado quase que em tempo real.
Para que ele capte essas informações, é necessário equipar as residências com
medidores digitais, designados por “medidores inteligentes“, que permitam a coleta
e análise de dados de consumo, conforme a figura 1.
Figura 1 – Power Meter (software).
Em busca de inovação e melhorias em suas tecnologias, a Google ainda
desenvolveu o monitor de eletricidade TED 5000, conforme modelo da figura 2, que
tem a capacidade de acesso ao software Power Meter, e fornece em tempo real os
dados de consumo (potência e reais) e a eficiência das instalações da residência.
Figura 2 – TED 5000.
2

3. Com essas informações, o usuário pode reduzir o consumo de energia em até 15%.
E para cada 6 residências que economizem 10% no consumo de energia, a redução
nas emissões de carbono é similar à retirada de um carro das ruas.
3. Materiais e Métodos
O sistema é composto por duas partes: um hardware formado por multímetros
digitais para realizar a leitura de tensão e corrente dos circuitos e um software de
computador para coletar e comparar os dados, gerando um histórico comparativo
das grandezas elétricas, tempo e custo, além de avisos e alertas [1] e [2].
3.1. Hardware
É composto por três Multímetros Digitais com interface USB e Transformadores de
Corrente (TC’s). Para leitura contínua da tensão utilizou-se um multímetro na função
VAC, comum a todos os circuitos e para leitura da corrente individual a cada circuito
foram utilizados mais dois multímetros em escala de corrente alternada. Os
multímetros têm capacidade de leitura direta de corrente até 10 ampères durante um
curto intervalo de tempo, portando para permitir a leitura contínua e de correntes
mais altas como as dos chuveiros, utilizou-se TC’s na razão de 75x5, permitindo a
leitura de correntes mais elevadas e sem a necessidade de interrupção dos circuitos
para ligação em série [1] e [2].
3. 2. Software
Para o desenvolvimento do código do programa ICE (Interface de Controle de
Energia), foi utilizado o software C++ Builder. O Builder é um ambiente de
desenvolvimento rápido de aplicações, onde o programador 'desenha' a interface do
usuário e programa as ações de acordo com as necessidades do usuário [3].
O programa recebeu duas divisões. A primeira parte do algoritmo foi responsável
pela leitura da tensão e correntes dos circuitos coletadas pelos multímetros e
enviadas ao computador pela interface USB (Universal Serial Bus). [2] e [3].
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4. Figura 3 – Interface do sistema.
O algoritmo de leitura dos multímetros foi escrito e preparado para ler a uma
velocidade de 333 m/s, aproximadamente a 3 leituras por segundo. Apesar dos
cabos de comunicação dos multímetros serem USB, o sistema operacional cria uma
um porta virtual “COM” como quando usado o cabo RS232 [3].
A segunda parte do programa foi responsável por receber os valores lidos e fazer os
processamentos necessários fazendo com que o programa contabilizasse a energia
consumida. Os dados coletados pelos multímetros entram no programa como
caracteres e por isso é necessário que o programa faça uma conversão de
caracteres para números inteiros, permitindo executar cálculos [3].
As medições de tensão e corrente nos circuitos são atualizadas três vezes por
segundo. O software faz os cálculos da potência, de acordo a Lei de Ohms,
conforme Euação (1) [2]:
P = V x I. (1)
V e I são respectivamente a tensão e corrente coletadas no circuito, que após
coletadas pelo programa executa o calculo da potência P em Watts (W). Para obter
a potência em kW, basta dividir o valor da potência por 1000, conforme Equação (2)
[2].
P (2)
1000
Com a potência em kW já calculada o programa efetuou um novo cálculo. Desta vez
a potência calculada foi multiplicada pelo tempo de leitura do circuito (5s), e dividido
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5. por uma hora em segundos, ou seja, 3600 segundos. Assim são expressos quantos
kW/h os circuitos gastarão a cada 5 segundos, conforme equação (3) [2].
kW x 5s (3)
3600
A partir daí, o programa calculou o consumo de energia em reais, com os dados kW
(potência consumida), a constante 1,39x10-3 horas (é o tempo 5 segundos em
horas). Previamente calculado a constante 8,49x10-4 é o valor em reais do kW/h,
conforme equação (4) [2]. Esta informação vem impressa na conta da companhia de
energia, no caso de Minas Gerais (CEMIG) Essas constantes podem variar de
acordo com a concessionária.
R$ = kW x 8,49x10-4 (4)
Conforme figura 4, para a demonstração do funcionamento do programa, foi
desenvolvido o protótipo de uma casa construída com placas de acrílico e composta
por 03 ambientes (sala, cozinha banheiro).
Figura 4 - Foto da casa construída para a demonstração do programa desenvolvido.
Além dos cálculos de potência gasta e custo, foi implementado ao programa
algumas condições de alertas e alarmes. E para verificar a funcionalidade desses
implementos, houve a necessidade de estipular quanto de carga seria ligado em
cada circuito da casa. Nesses ambientes foram distribuídas as cargas, ou seja,
iluminação com lâmpadas dicróicas em todos os ambientes, um chuveiro no
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6. banheiro, na sala tem a carga de uma TV, representando o circuito de tomadas.
Logo, Circuito 1 para Tomada e Iluminação e Circuito 2 para Chuveiro. Foram
estipulados os seguintes valores de potência máxima para cada circuito.
 Circuito 1 - Chuveiro com sua resistência representada por um ebulidor de
café de 900W mais uma bomba de água de 25W para circular a água pelo
chuveiro. A potência máxima desse circuito é de 925W.
 Circuito 2 - Lâmpadas e tomadas representadas por três lâmpadas dicróicas
de 50W cada. Uma em cada ambiente e uma resistência de ferro de solda de
60W representando um forno elétrico. A potência máxima desse circuito é de
210W.
Abaixo foram descritas as condições em que o programa apresentou algum alerta ou
alarme em cada circuito.
 Circuito 1 - Quando a potência instantânea desse circuito ultrapassou 925W o
programa gerou a mensagem na tela: “ALERTA” SOBRECARGA NO SISTEMA,
VERIFIQUE AS CONEXÕES DO CHUVEIRO E DISJUNTOR.
Quando tempo diário do circuito ultrapassar 300 segundos o programa gerou a
mensagem na tela: “AVISO” ECONOMIZE ENERGIA!!! SEU BANHO ESTÁ
DEMORANDO MUITO. SEU CONSUMO ESTÁ ALTO.
 Circuito 2 - Quando a potência instantânea desse circuito ultrapassou 210W o
programa gerou a mensagem na tela: “ALERTA” SOBRECARGA NO SISTEMA.
VERIFIQUE INSTALAÇÕES.
Quando tempo diário do circuito ultrapassou 150 segundos com mais de 110W
de potência instantânea o programa gerou a mensagem na tela: “AVISO”
ECONOMIZE LUZ E USO DE APARELHOS DOMESTICOS !!!
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7. Tabela 1 – Materiais do protótipo
Item Material
01 Bomba de aquário e reservatório
02 Cabos Flexíveis
03 Interruptores
04 Lâmpadas dicróicas 50W
05 Multímetro ET-2076 interface USB
06 Placas de Acrílico
07 Resistores de fio
08 Transformador de corrente (TC)
09 Tubulação de Ø3/8”
4. Resultados Experimentais
Nos testes realizados, foi coletada de um circuito uma carga de 900 W a uma tensão
de 127 V, obteve-se uma corrente de 7,1A [2].
Como o multímetro não suporta uma corrente maior do que 10A foi necessária a
utilização de TC (Transformador de Corrente) na leitura de corrente [2].
O transformador de corrente ou TC é um dispositivo que reproduz no seu circuito
secundário, a corrente que circula em um enrolamento primário com sua posição
vetorial substancialmente mantida, em uma proporção definida, conhecida e
adequada fornecendo correntes suficientemente reduzidas e isoladas do circuito
primário de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de medição. A relação
de transformação nominal foi de 4, ou seja, se tratando de escala 75:5. Para uma
corrente de 7,1A no primário, obteve-se no secundário a corrente de 1,89A,
multiplicando a relação nominal pela corrente primária, e dividido fator de escala, (4
x 7,1) / (5/75) [2].
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8. Porém, quando o programa recebeu essa leitura em escala, os dados foram
revertidos para o valor real da seguinte maneira, leitura real = (75*1,89) / (5*4) =
7,08A [2].
5. Conclusão
O sistema de interface de consumo de energia apresentou estabilidade e
confiabilidade das leituras e tratamento dos dados, provando ser uma excelente
ferramenta e com ótima relação Custo x Benefício ao permitir o gerenciamento do
consumo energético residencial através dos dados obtidos e dos alertas.
Como proposta para aprimoramento desse projeto, a implementação de novas
funcionalidades no sistema como avisos sonoros, temperatura ambiente e da água,
dentre outras podem trazer maior comodidade aos usuários e melhorar o contato
com a política do consumo racional, sustentável e eficiente de energia elétrica.
6. Referência
[1] Tulcidás, G., Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia
Eletrônica – Portugal, Instituto Superior Técnico Universidade Técnica de Lisboa,
2010.
[2] Young, H. D.; Freedman, A. Roger, “Física”, vol. 3, ed. 12ª, São Paulo: Editora
Pearson Addison Wesley, 2009.
[3] Holzner, S., Borland C++ Programação para Windows, Brasil: Editora Makron
Books, 1995.
[4] Presse, F. "Google testa software que mede consumo de energia nos lares".
Folha de São Paulo. Editora Publifolha, Edição de 11/02/2009.
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