INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E

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
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