Chuveiro residencial com controle de vazão
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS Caroline Menegotto Fabio Junio da Silva Raphaele Corrá Amaral Chuveiro residencial com controle de vazão Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus São José dos Campos, como requisito para obtenção do Título de Técnico em Automação Industrial sob orientação do Professor Lineu Alves Lima Filho e Coorientação Professor Celso Farnese (IFSP). São José dos Campos 2015 BANCA EXAMINADORA Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) defendido e aprovado em 15 de Junho de 2015, pela banca examinadora constituída pelos professores: Celso Farnese ............................................... Orientador(a) Mateus Fernandes Réu Urban ............................................ Banca Prof.________________________________________ ............................................ Banca 2 Aos nossos queridos pais e professores. Com muito carinho, Dedicamos 3 AGRADECIMENTOS Agradecemos a todos os nosso familiares e amigos que nos apoiara e nos incentivaram em nosso projeto. Aos professore e colaboradores do IFSP/Campus São José dos Campos por acompanhar nosso trabalho de perto. Pincipalmente ao professor Lineu Alves Lima Filho por ser nosso orientador, ao professor Celso Farnese por ser nosso coorientador, pelo auxilio e disponibilidade de tempo, e nos ajudar em nosso trabalho de conclusão de curso. Nosso sinceros agradecimentos a todos que direta ou indiretamente doaram um pouco de si para que a conclusão deste trabalho se tornasse possível. 4 “Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível.” Charles Chaplin 5 SUMÁRIO LISTA DE TABELA ............................................................................................07 LISTA DE FIGURAS .........................................................................................08 RESUMO ..........................................................................................................09 ABSTRACT .......................................................................................................10 INTRODUÇÃO ..................................................................................................11 2. OBJETIVO ....................................................................................................12 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..........................................................................12 3.1. Sensor de Presença Infravermelho refletivo MQ-2 AUTIMALAD ...12 3.2. Temporizador ..................................................................................13 3.3. Válvula ............................................................................................14 3.4. Regulador de voltagem positiva 7805 ............................................15 3.5. Temporizador 555 ...........................................................................16 3.6. Contador binário de década 7493 ...................................................16 3.7. Porta lógica E 7408 .........................................................................17 3.8. Porta logica OU 7432 ......................................................................18 3.9. Porta lógica NAND 4011 .................................................................19 3.10. Porta lógica inversora 7404 ..........................................................20 3.11. Regulador 7805 .............................................................................21 3.12. Relé metaltex AT1RC-5V ..............................................................22 3.13. Transistor BC 548 .........................................................................23 4. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................24 4.1. Materiais .........................................................................................24 4.2. Métodos ..........................................................................................24 4.2.1. Desenvolvimento da placa do temporizador ......................25 4.2.2. Funcionamento dos CIs .....................................................25 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................27 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................28 6 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Dados sobre o regulador de voltagem......................................15 Tabela 2: Dados sobre o temporizador 555...............................................16 Tabela 3: Dados sobre contador binário de década 7493.........................17 Tabela 4: Dados sobre a porta lógica E 7408............................................18 Tabela 5: Dados sobre a porta lógica OU 7432.........................................19 Tabela 6: Dados sobre a porta lógica NAND 4011.....................................20 Tabela 7: Dados sobre a porta lógica inversora 7404................................21 Tabela 8: Dados sobre o regulador 7805....................................................22 Tabela 9: Dados sobre Relé metaltex AT1RC-5V.......................................23 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1.......................................................................................................... 11 Figura 2.......................................................................................................... 13 Figura 3.......................................................................................................... 14 Figura 4.......................................................................................................... 14 Figura 5.......................................................................................................... 15 Figura 6.......................................................................................................... 16 Figura 7.......................................................................................................... 17 Figura 8.......................................................................................................... 18 Figura 9.......................................................................................................... 19 Figura 10..........................................................................................................20 Figura 11..........................................................................................................21 Figura 12..........................................................................................................22 Figura 13..........................................................................................................22 Figura 14.......................................................................................................... 23 Figura 15.......................................................................................................... 24 8 RESUMO Nos dias atuais a escassez de agua esta sendo um grave fator pata questões econômicas, ambientais e sociais no mundo inteiro. Segundo a Companhia de Saneamento Básico de São Paulo (SBESP) em um banho de 15 minutos o ser humano consome por volta de 135 litros de água, os brasileiros gastam mais de 200 litros por dia.[1] O projeto tem como objetivo reduzir o tempo do banho com um temporizador, e diminuir o desperdício de agua colocando uma válvula conectada a um sensor de presença que quando não acionado fecha sua vasão. O sensor conectado ao temporizador e a válvula, quando acionado abre a válvula permitindo a saia, e aciona o temporizador, que após o tempo que foi ajustado terminar energiza a solenoide da válvula, fazendo ela se fechar, um novo ciclo começa quando o chuveiro for ligado novamente. Conclui-se que tomando um banho de 5 minutos gastamos cerca de 45 litros de agua, 60% a menos do que um banho de 15 minutos. 9 ABSTRACT Nowadays the shortage of water this being a serious factor paw economic, environmental and social issues worldwide. According to the Basic Sanitation Company of São Paulo (SBESP) in a bath 15 minutes the human consumes around 135 liters of water, Brazilians spend more than 200 liters per day. The project aims to reduce bath time with a timer, and reduce water waste by placing a valve connected to a motion sensor that when activated not close your arterial runoff. The sensor connected to the timer and the valve, when actuated opens the valve allowing the skirt, and triggers the timer, that after the time it was set to end energizes the valve solenoid, making her close, a new cycle begins when the shower is on again. We conclude that by taking a 5 minute bath spent about 45 liters of water, 60% less than a 15 minute bath. 10 1. INTRODUÇÃO A escassez de água vem sendo nos dias atuais um grave fator para questões econômicas, sócias e ambientais em todo mundo. O principal problema que acarreta essa situação é mau uso da água como; má administração de órgãos públicos, uso exagerado e desperdício da população, poluição, urbanização e um grande fator como a industrialização. Segundo a SABESP (Companhia de Saneamento Básico de São Paulo) um ser humano consome cerca de 135 litros de água em um banho de 15 minutos, no Brasil o gasto por pessoa chega a mais de 200 litros por dia, porém segundo a ONU (Organização das Nações Unidas) cada pessoa necessita de 110 litros de água por dia para atender as necessidades básicas diárias.[1] Utilizando um sistema automatizado, o desperdício da água no banho com chuveiro elétrico pode ser controlado, com o fechamento da vazão no momento em que o individuo se afasta do chuveiro, e impondo um limite máximo de banho. O projeto tem como propósito diminuir o desperdício de água, e economizar energia elétrica, acarretando em uma redução nos efeitos prejudiciais de impactos ambientais, econômicos e sociais, bem como a falta de água potável ao longo dos anos. Neste projeto serão apresentados dispositivos eletrônicos; sensor e temporizador, e mecânicos; válvula, bem como o sensor específico com o objetivo de realizar a leitura da posição do individuo e comandar a válvula. 11 2. OBJETIVO O objetivo do projeto é controlar a vazão de água em chuveiros elétricos, e o tempo de banho a ser tomado, que ao não encontrar obstáculo dentro da área de alcance de seu sensor aciona a válvula e fecha sua vazão. 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Nesta revisão bibliográfica serão abordados os aspectos característicos dos componentes utilizados na elaboração do projeto, como o sensor, o temporizador e a válvula. 3.1 Sensor de Presença Infravermelho refletivo MQ-2 AUTIMALADS Esse sensor envia um sinal de luz infravermelho que é refletido e volta para o mesmo se colidir com a pessoa , dessa maneira detectando pessoa. A figura 1 a seguir mostra o sensor utilizado do projeto.[2] Figura 1: Sensor infravermelho. As características do modelo utilizado no projeto são: Tensão de operação: 5VDC 12 a Corrente de operação: 10-15mA Faixa de detecção: 3-80cm Diâmetro sensor: 18mm Comprimento sensor: 45mm Comprimento cabo: 20cm 3.2. Temporizador Temporizadores são dispositivos capazes de medir o tempo, funcionando como um relógio especializado. O temporizador conta o intervalo de tempo transcorrido a partir da sua habilitação até este se igualar ao tempo preestabelecido. Quando a temporização estiver completa esta instrução eleva a nível 1 um bit próprio na memória de dados e aciona o operando a ela associado. Para cada temporizador destina-se um endereço de memória de dados onde o valor prefixado será armazenado. (MARINS, Geomar M.)[3]. Componentes e características utilizados para montagem do temporizador são: CI 555 CI 74ls290 CI 7805 Três CI’s 74ls08 Transistor bc548 Três Resistores de 2k Resistor de 9k Resistor 470 Ω Capacitor 68 µF Capacitor 10 nF 13 A Figura 2 a seguir mostra o diagrama eletrônico do circuito executado no software multisim: Figura 2: Diagrama eletrônico do temporizador. 3.3. Válvula Essa eletroválvula tem umas das principais função do circuito ,abrir e fechar a agua que vai para o chuveiro , assim que der o tempo a mesma fecha e assim encerra o tempo de banho. A Figura 3 a seguir mostra o esquema do funcionamento da válvula [4]. Figura 3: Válvula. 14 3.4. Regulador de voltagem positiva 7805 Esse CI (Figura 4) é responsável por manter a tensão em todos os componentes [5]. Figura 4: Regulador de voltagem 7805. Tabela 1: Dados sobre o regulador de voltagem. Potência 23W Tensão de entrada 7 – 25VDC Tensão de saída 5V Corrente de saída 1.5A Faixa de temp. de trabalho 0 – 125°C Frequência máx. de entrada 1KHZ 3.5. Temporizador 555 Este CI (figura 5) tem a função de gerar pulsos, neste projeto um pulso a cada 1 minuto. 15 Figura 5: Timer Tabela 2: Dados sobre o temporizador 555. Tensão de entrada 4,5 a 16vdc Temperatura máxima 70 c Corrente de consumo 10 a 15 mA Resistência máxima de saída 100KΩ Corrente mínima de reset 0,25nA Tensão de saída 4,5 a 15 VDC 3.6. Contador binário de década 7493 Esse CI (figura 6) tem a função de contar pulsos, a cada pulso contado gera uma saída digital , com essa saída é possível selecionar o tempo desejado, neste projeto é de 5 pulsos de 1 minuto [5]. 16 Figura 6: Contador binário de década Tabela 3: Dados sobre contador binário de década 7493. Tensão de entrada 4,5 a 5,5 Temperatura máxima 50 C Corrente de consumo 8 mA Resistência máxima de saída 100k Corrente mínima de pulso 16mA Pinos de saída digital 4 Pinos de entrada digital 2 Tensão de saída 5vdc 3.7. Porta lógica E 7408 Porta logica ‘’AND”, esse CI (figura 7) tem 4 portas logicas tipo E ele é responsável por separar a contagem do número desejado em um único pulso eletrônico ,pois o número cinco em binário é 101 esse ci junta as saídas de maneira que só saia 1 quando o chega no número desejado , no caso 5 [5]. 17 Figura 7: Porta lógica E. Tabela 4: Dados sobre a porta lógica E 7408. Tensão de entrada 4,5 a 5,5 Temperatura máxima 50 c Corrente de consumo 5 ma Portas logicas internas 4 portas de 2 entradas cada Tempo de acionamento on off 19 n s Nível logico alto >2,4 VDc 3.8. Porta logica OU 7432 Porta logica ‘’OU”, esse CI (figura 8) tem 4 portas logicas tipo ou ele é responsável por juntar sinais eletrônicos , no caso do nosso projeto ele que faz o sensor e o temporizador trabalharem juntos [5]. 18 Figura 8: Porta lógica OU. Tabela 5: Dados sobre a porta lógica OU 7432. Tensão de entrada 4,5 a 5,5 Temperatura máxima 50 c Corrente de consumo 8 ma Portas logicas internas 4 portas de 2 entradas cada Tempo de acionamento on off 19 n s Nível logico alto >2,4 VDc 3.9. Porta lógica NAND 4011 Porta logica ‘’NAND” esse CI (figura 9) tem 4 portas logicas tipo NAND, ao chegar o tempo desejado ele desliga o pulso que mantem a válvula do chuveiro ligado até que chegue outro pulso dizendo que pode ser ligado novamente [5]. 19 Figura 9: Porta lógica NAND Tabela 6: Dados sobre a porta lógica NAND 4011. Tensão de entrada 4,5 a 10 vdc Temperatura máxima 50 c Corrente de consumo 15 ma Portas logicas internas 4 portas de 2 entradas cada Tempo de acionamento on off 35 n s Nível logico alto >2,4 VDc 3.10. Porta lógica inversora 7404 Porta logica ‘’INVERSORA”, esse CI (figura 10) tem 6 portas logicas tipo inversora quando ele é responsável inverter o sinal do sensor, pois o sensor detecta a pessoa manda sinal 0 , e com ele o sinal conforme preciso [5]. 20 chega 1 Figura 10: Porta inversora. Tabela 7: Dados sobre a porta lógica inversora 7404. Tensão de entrada 4,5 a 5,5 Temperatura máxima 50 c Corrente de consumo 20 mA Portas logicas internas 6 portas de 2 entradas cada Tempo de acionamento on off 4ns Nível logico alto >2,4 VDC 3.11. Regulador 7805 Esse CI (figura 11) é responsável por manter a tensão em todos os componentes de 5 VDC independe da entrada [5]. 21 Figura 11: Regulador. Tabela 8: Dados sobre o regulador 7805. Potência 23W Tensão de entrada 7 – 25VDC Tensão de saída 5V Corrente de saída 1.5A Faixa de temp. de trabalho 0 – 125°C Frequência máx. de entrada 1KHZ 3.12. Relé metaltex AT1RC-5V Este rele (figura 12) tem a função de ligar e desligar a válvula que possuem uma tensão mais alta do que a do circuito , fazendo assim o acoplamento entre a baixa tensão da eletrônica e a tensão residencial. 22 Figura 12: Relé Tabela 9: Dados sobre Relé metaltex AT1RC-5V. Tensão da bobina 4,55 a 5,55 vdc Tensão de contato 0 a 220 Vcc Corrente no contato 15 AMP Corrente de consumo 75 mA Numero de contatos reversíveis 1 3.13. Transistor BC 548 Transistor BC 548 (figura 13), tem a função de ligar a bobina do rele, pois somente o CI não possui corrente suficiente para acioná-la , assim então ele auxilia na ligação [5]. Figura 13: Transistor. 23 4. MATERIAIS E MÉTODOS 4.1. Materiais Os materiais utilizados no projeto são listados a seguir: Para a detecção do individuo e envio do dado para válvula foi utilizado um sensor infravermelho. Para o controle da vazão do sistema foi utilizada uma eletroválvula. Os materiais utilizados para construção do temporizador, que determinara o tempo que a água poderá ser utilizada, foram: Um CI 555/74ls290/7805, três CI 74ls08, um transistor bc548, três transistores bc548, três resistores de 2k, um resistor de 9k/470Ω, um capacitor de 68 µF/10nF, e uma placa para confecção do circuito. Na alimentação do sistema utilizou-se uma fonte ... A figura 14 mostra o sensor utilizado, a válvula e os componentes do temporizador: Figura 14: Materiais utilizados no projeto. 4.2. Métodos 24 4.2.1. Desenvolvimento da placa do temporizador O temporizador montado para esse projeto possui um tempo cíclico que após o término de seu tempo ajustado, energiza a solenoide da válvula fazendo a mesma ser acionada, fechando a vazão desejada, até que o chuveiro seja ligado novamente iniciando um novo ciclo. A placa foi montada conforme a figura 15. Figura 15: Placa do temporizador. 4.2.2. Funcionamento dos CIs O CI 7805 é um circuito regulador de tensão, tem a função de assegurar que a tensão de alimentação dos demais circuitos não passe de 5VDC , desta forma garante o funcionamento dos demais CIs que São da família TTL , tendo em vista que essa família trabalha com a tensão de 4,75Vdc a 5,25Vdc assim garantindo uma alimentação. Todos os CIs energizados pelo 7805 o circuito se inicializa pelo CI555 que gera pulso em período de tempo determinado , neste projeto é um pulso por minuto , esse pulso foi calculado através da formula: 25 Esses pulsos gerados pelo CI 555 vão para o CI 7408 ,que é um CI de porta “AND” onde o pulso de tempo irão ser contado pelo CI 7493 , porem como o CI 7408 é uma porta E o mesmo só deixara esses pulsos passarem pra frente se o sensor estiver atuando sobre um corpo. Uma vez que o sensor (sensor de infravermelho) detecta presença de um corpo ele manda um pulso negativo para o sistema, esse pulso será recebido pelo Ci 7404 que é um CI de porta “invert” , inversora, dessa maneira o sinal que era negativo se torna positivo e vai para o CI 7408, Agora nosso CI já tem condição de permissão para enviar os pulsos gerado pelo CI555 para o contador binário 7493 esse CI é um contador binário de 0 a 15 . Como ele conta binário ultimamos o novamente o CI 7408 para extrair o numero desejado , no caso do projeto 5 , referente ao tempo que rele ira ficar ligado possibilitando assim a passagem de agua para o chuveiro. Após o CI 7408 conciliar os números binário referente ao numero 5 é necessário acrescentar o CI 7432 que é uma porta “OR”, para obtermos somente uma saída digital do circuito. Essa saída digital que sai do CI7432 é enviada para o JK 4011 para que o mesmo mantenha o rele desligado após a contagem do 5, que foi o tempo desejado . O contador mesmo permanecerá desligado ate que o conte mais 3 minutos num total de 8 minutos, assim ele emite um outro pulso para o JK resetando o mesmo e possibilitando que volte a contar o tempo novamente. O CI 4011 manda um sinal para o CI 7408 de modo que o 7408 só deixa acionar o rele nas seguintes condições; que o sensor esteja sentido alguma presença, e esteja permitido para o banho . 26 dentro do período de 5 minutos Desta forma se o individuo sai debaixo do chuveiro para se ensaboar ou qualquer outro motivo a água fecha automaticamente evitando desperdício , e o contador de tempo para de modo que a pessoa tenha garantido seu banho de 5 minutos. A Figura 5 mostra o esquema do funcionamento dos CIs no temporizador: Figura 5: Esquema do funcionamento dos CI’s. 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Este projeto foi abordado o controle de vazão no chuveiro elétrico. A válvula é capaz de controlar a vazão da água com a ajuda do sensor de presença. O projeto apresenta dispositivos eletrônicos e mecânicos, tendo o objetivo de controlar o tempo do banho e a vazão de água. Para que isso aconteça o sensor infravermelho detecta a presença de modo que não confunda a água com a pessoa. Desta forma o sensor e o temporizador serão ativados com a presença de um indivíduo, que se o mesmo sair para se ensaboar a válvula será fechada automaticamente assim como o temporizador. Conclui que tomando um banho de 5 minutos gastamos cerca de 45 litros de agua, sendo assim 60% a menos do que um banho de 15 minutos. 27 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] CARVALHO, Leandro. Mundo sem água. 2014. Disponível em: <http://www.historiadomundo.com.br/curiosidades/mundo-sem-agua.htm>. Acesso em: 04 mar. 2015. [2] BRAGA, Newton C.. Tecnologias de Sensores infravermelhos (ART652). 2012. Disponível em: <http://newtoncbraga.com.br/index.php/artigos/49-curiosidades/4916art652.html>. Acesso em: 24 mar. 2015. [3] WESTPHAL, Bruno. Temporizadores. 2012. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfUwQAG/temporizadores>. Acesso em: 24 abr. 2015. [4] SILVA, Cleber Luiz da. Válvula solenóide. 2011. Disponível em: <http://acquaticos.blogspot.com.br/2010/10/valvula-solenoide.html>. Acesso em: 04 maio 2015. [5]DATASHEET ,2015 <http://www.datasheetcatalog.com/>. Acesso em 26 abr 2015 28 29
