Resultados

Por conta da pandemia do novo coronavirus, as atividades presenciais nos laboratórios do IFSC foram interrompidas, juntamente com a instalação do sistema de geração fotovoltaico, ou qualquer tipo integração dele com o sistema de monitoramento. Apesar disso, com a readequação do calendário, foi possível avançar consideravelmente na integralização do sistema de monitoramento. Unido a isso, foi possível realizar itens que inicialmente não constavam no escopo prioritário do projeto, como por exemplo, a integração do sistema de monitoramento à uma plataforma de armazenamento remoto e o desenvolvimento completo de sensor de tensão CC.

Nessa seção, constam os resultados das atividades realizadas, como por exemplo:

• Ajuste do medidor de tensão CC;

• Integração do sistema de monitoramento a plataforma remota de armazenamento;

• Validação do sistema de monitoramento;

1. Ajuste do medidor de tensão CC

Antes de testar o sistema de monitoramento foi necessário realizar ensaios com sensor de tensão CC desenvolvido, com o objetivo de ajustar ao ESP32, as leituras obtidas pelo sensor. A metodologia de testes consistiu em variar a tensão CC aplicada no sensor, com um nível fixo de alimentação. No procedimento que foi realizado, aplicou-se a um regulador de tensão variável (LM317) a tensão de 37,2 V, sendo possível obter uma faixa de valores de 7,6 V à 34,8 V. Para o teste, utilizando o multímetro digital Minipa ET-1400, foram realizadas medições de referência nos terminais de entrada e saída do sensor de tensão.

O procedimento da aquisição das medições pode ser observado a seguir.

Para comparar as medições do multímetro, com os resultados obtidos pelo micro controlador, foram adquiridas 1000 amostras através da conversão analógico-digital do ESP32. Cada uma das amostras foi convertida em valores de milivolts, utilizando a API de ajuste do micro controlador. As amostras foram exportadas para os softwares MATLAB® para os cálculos das medidas estatísticas de interesse (média amostral e desvio padrão), análises gráficas e obtenção de um modelo matemático representativo (equação que relaciona valor obtido através da tensão obtida pelo micro controlador e valor de entrada do sensor).

A Figura 6 apresenta o resultado do teste de medição de tensão com o sensor DC cujo procedimento foi descrito anteriormente.

Observa-se que as leituras obtidas através do ESP32 apresentam uma pequena variação em relação aos valores obtidos pelo multímetro, num caso ideal, ambas as linhas estariam sobrepostas. Também é possível identificar a não-linearidade presente na saída do sensor de tensão, ou seja, idealmente estas seriam retas.

Para corrigir isso, foram avaliados um total de 29 pontos dentro da faixa de medição de (7,6 a 37) V, para produzir o gráfico a seguir que relaciona medições da tensão de entrada do sensor (eixo Y) e da saída mostrada no ESP32 (eixo X). Com esses dados pode-se encontrar o modelo matemático utilizado para calcular a tensão de entrada (mensurando) a partir da leitura do sistema de medição, conforme a expressão (1) Onde: x representa a leitura obtida pelo microcontrolador, em milivolts e Vin representa a tensão aplicada na entrada do sensor de tensão DC.

Para tornar mais clara a aplicação desse polinômio calculado, remete-se ao coeficiente que deverá acompanhar a utilização do sensor, na programação do microcontrolador, entregando de forma ajustada, a tensão lida pelo sensor.

2. Integração do sistema de monitoramento

Os testes realizados podem ser vistos nos vídeos a seguir, que apresentam as medições sendo atualizadas em tempo real no Google Planilhas, como validação da funcionalidade do sistema. Nos vídeos, os sensores de parâmetros elétricos se mantém na mesma configuração apresentada anteriormente, porém o sensor de temperatura é apresentado à um ambiente muito frio (pote de água congelado) e depois a um ambiente muito quente (carcaça de uma panela fervendo), enquanto as indicações vão sendo registradas.

3. Validação do sistema de monitoramento

O teste executado teve duração de aproximadamente 6 horas e 40 minutos, produzindo um total de 3761 transmissões de dados para a planilha online, com média de 1 envio a cada 6,4 segundos. Cada envio constam amostras referentes aos sensores de tensão e corrente CC, tensão e corrente AC e temperatura. Observa-se que entre 6 e 7 horas de carga, o carregador desarma, indicando carga completa através de um led verde indicativo.

Após a finalização do teste, foi realizado o backup da planilha online e a importação dos dados para o MATLAB®, para análise gráfica das variáveis monitoradas. As figuras a seguir representam o comportamento, em valores RMS da tensão alternada (a) e corrente alternada (b). Logo abaixo, estão representados o desempenho da tensão contínua (c) e corrente contínua (d) durante o mesmo período de teste.

Observa-se que foi necessário realizar a filtragem dos dados recebidos provenientes do sensor de tensão AC (a), devido ao fato não ser possível identificar de forma clara os valores ao longo do tempo. A curva em vermelho no gráfico em questão refere-se aos dados filtrados utilizando um filtro média móvel com janela de tamanho 50. Verifica-se que, após a filtragem, é possível visualizar oscilações dos valores em torno de 220V, conforme o esperado.

Os dados relacionados aos outros sensores (b, c e d) não apresentaram tantas variações quanto o sensor ZPTM101B, indicando que as grandes variações estão mais relacionadas ao comportamento do sensor que à ruídos oriundos da conversão analógico-digital do ESP32. É possível observar que ambos os sensores de corrente permaneceram indicando algum valor de corrente diferente de zero, mesmo quando a carga da bateria estava completa, entre 6 e 7 horas.

Por fim, é apresentado o gráfico relacionado à temperatura da bateria ao longo da realização do teste.

Considerações finais

Os requisitos do projeto, eram compostos por objetivos do projeto de pesquisa, que adquiriam prioridade mais elevada, quanto por objetivos adicionais idealizados pela equipe que colaboram para a complexidade do projeto. Os requisitos que se enxergavam como triviais, adquiriam menos prioridade, junto daqueles que se enxergavam muito complexos para serem realizados em tempo hábil da disciplina.

Como o projeto teve sua execução em meio à suspensão das atividades presenciais, os seguintes requisitos foram adequados:

• Na impossibilidade do acesso ao laboratório onde os SGF estavam localizados, focou-se no dimensionamento (R03 e R04), especificação (R18) e aquisição dos componentes do sistema de geração fotovoltaica, para possibilitar a imediata instalação do sistema, quando ocorrer o retorno das atividades presenciais.

• Os requisitos R15 e R16, referentes à aquisição dos dados do sistema de monitoramento, tiveram sua prioridade modificada para "alta", por aumentar a complexidade do sistema de monitoramento.

• Para realizar os requisitos R10 e R11, foi previsto um estudo sobre os sensores encontrados no mercado, porém, por conta da baixa qualidade dos sensores referentes a medição de tensão CC. Um novo sensor de tensão CC foi desenvolvido pelos discentes, compondo todas as etapas de prototipagem.

• Apesar do requisito R07, sobre os dados serem apresentados em LCD, apresentar alta prioridade, como não seria bem aproveitado na apresentação do projeto e os itens R15 e R16 em conjunto já dão conta de apresentar os dados em tempo real, esse item foi alterado para baixa prioridade.

• As compras dos itens foram, na sua maioria, feitas pela internet e algumas delas foram enviadas diretamente aos alunos responsáveis por determinadas tarefas (para se evitar o contato).

Com essas modificações nas prioridades de execução, fica claro que, apesar da conclusão de toda parte de dimensionamento e compra dos equipamentos do SGF, o maior foco da execução do projeto, em meio as atividades não-presenciais, foi o sistema de monitoramento, que foi praticamente concluído. O uso da plataforma do Google Planilhas como banco de aquisição possibilita o monitoramento por múltiplos usuários simultâneos em varias plataformas diferentes, bastando a conexão tanto do usuário, como do SM a uma conexão de internet.

A compra e entrega dos equipamentos do sistema de geração fotovoltaica só foi possível pela agilidade da equipe em executar todo o dimensionamento, orçamento e contato com fornecedores, antes mesmo da apresentação do projeto. O que resultou em 2 semanas de tempo de entrega, que possibilitaram a foto de capa do site, no último dia em que o acesso ao campus de Itajaí era permitido aos alunos.