Projetos de Física II
Monitoramento da temperatura e luz solar
RELATÓRIO - MONITORAMENTO DA TEMPERATURA E LUZ SOLAR.
Luís Otávio Gatti Rabelo de Sá - 201820801
Bruna de Sousa Reis - 201920766
João Antônio Nogueira Reis - 201711142
Arquivo referente ao Projeto avaliativo da disciplina “Projetos de Física II”, tendo como professor responsável Dr. José Alberto Casto Nogales Vera.
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Lavras – MG 2021
Sumário:
Introdução
Objeto de estudo
Metodologia
3.1 Sensor de temperatura e umidade
3.2 Sensor de luminosidade
3.3 Esquema de ligação
3.4 Programação
3.4.1 Código
3.4.2 Exemplo de saída
3.5 Montagem e desenvolvimento
3.5.1 Monitoramento Interno X Externo
3.5.2 Monitoramento Quarto sem sol X Quarto com sol
3.6 Localização do experimento
Resultados teóricos
4.1 Duração do dia solar
4.2 Horários do nascer e pôr do sol
Resultados Práticos
5.1 Medições interna e externa
5.1.1 Umidades medidas
5.1.2 Temperaturas medidas
5.1.3 Luminosidades medidas
5.2 Medições quarto sem sol e com sol
5.2.1 Umidades medidas
5.2.2 Temperaturas medidas
5.2.3 Luminosidades medidas
5.3 Comparação medições interna X externa
5.3.1 Temperatura
5.3.2 Luminosidade
5.4 Comparação medições quarto com sol X quarto sem sol
5.4.1 Temperatura
5.4.2 Luminosidade
Análises de dados
Conclusão
Custos
Cronograma
Bibliografia
1 1. Introdução:
A sustentabilidade é um termo abrangente, que envolve o cuidado com a natureza concomitantemente à organização sócio-econômica e o consumo de produtos. A essa nova forma de desenvolvimento mais consciente e responsável por seus impactos, os quais são denominados “desenvolvimento sustentável”, ou seja, ele busca atender as necessidades do homem do presente sem comprometer as gerações futuras no atendimento de suas necessidades. Trata-se, por exemplo, do consumo sustentável de recursos naturais.
A busca por este equilíbrio é o caminho para que as nossas atividades sejam menos danosas à natureza. Levando este tema em consideração e com a crise hídrica que acabamos de passar, a qual cada vez mais vem se tornando uma triste realidade, trouxemos nosso projeto que tem também por objetivo a diminuição do consumo de energia, através da diminuição no consumo do ar condicionado.
2 2. Objeto de estudo:
O objeto de estudo deste projeto é analisar a incidência solar, de modo que verifique como ele age em determinada estação do ano e em ambientes diferentes. Como tivemos apenas alguns meses para elaborar e executar o projeto, optamos por analisar em dias com temperaturas e climas distintos, esses testes foram realizados em diferentes situações, divididas em duas partes. A primeira monitora a temperatura externa e interna dos dias ensolarados, parcialmente nublados e nublados. A segunda monitora a temperatura de dois cômodos iguais, porém um sem incidência de luz solar e outro com essa incidência.
3. Metodologia:
Para a análise térmica e de luz solar utilizamos 4 sensores, dois de temperatura e dois de luz solar. Com esse sensores criamos dois pares de sensores sendo compostos por um sensor de temperatura e um de luz solar, empregamos um par dentro do cômodo e um na parte de fora da casa e depois de alguns dias empregamos um par dentro do cômodo inteiramente fechado e o outro no cômodo apenas com a janela fechada. e utilizamos também um programa de arduino para monitorar essa variação de temperatura e de incidência solar ao longo de alguns dias com climas e cômodos diferentes.
Para a parte prática deste projeto é de pretensão a realização da montagem e funcionamento do mesmo, para isso foi necessário uma programação do circuito arduino, com uma placa de ensaio, sensor LDR, sensor TMP, no entanto devido o atraso na chegada dos itens a parte prática não foi executada como era de pretensão, conseguimos apenas pegar os dados e verificar com a teoria, logo, a execução da abertura e fechamento das persianas e o ligamento do ar condicionado não foram concluídas.
O principal motivo da realização deste projeto foi para ganhar conhecimento e entender como funciona a incidência solar e a consequência desta no ambiente, podendo assim, procurar adequadamente um local onde apresente uma boa eficiência energética e comodidade do ambiente.
3 .1 Sensor de Temperatura e Umidade Dht11
O Sensor de Umidade e Temperatura – DHT11 é um dos componentes mais utilizados em projetos que envolvam medição de temperatura e umidade ambiente. Este sensor faz medições de temperatura de 0º até 50º celsius e mede a umidade do ar nas faixas de 20% a 90%. A precisão (margem de erro) do sensor para medição de temperatura é de aproximadamente 2º celsius e para umidade é de 5%.
– Tensão de operação: 3,5 a 5,5VDC
– Corrente de operação: 0,3mA
– Corrente de operação (em stand by): 60µA
– Resolução: 16 bits
– Faixa de medição (umidade): 20 a 90%
– Faixa de medição (temperatura): 0º a 50º celsius
– Precisão (umidade): ±5%
– Precisão (temperatura): ±2º celsius
– Tempo de resposta: 2s
Datasheet: Datasheet Dht11
3 .2 Sensor de Luminosidade GY-302 Bh1750
O Sensor de Luminosidade GY-302 BH1750 tem a capacidade de determinar a quantidade de luz que está incidindo em um ambiente. Diferente do LDR, este sensor fornece valores medidos em lux (lúmen/m²), que é a unidade padrão para determinar o nível de luminosidade. Este se comunica com a plataforma microcontrolada / embarcada através de interface I2C. Além disso, este sensor possui alta precisão e sua faixa de medição é de 1 a 65.535 lux.
– Modelo: GY-302
– Controlador: BH1750VFI
– Tensão de operação: 3 a 5VDC
– Faixa de medição: 1 a 65,535 lux
– Interface de comunicação: I2C
– Resolução do ADC: 16 bits
Datasheet: Datasheet BH1750FVI
3. 3 Esquema de Ligação
3. 4 Programação
3.4.1 Código
3. 4.2 Exemplo de Saída
3. 5 Montagem e Desenvolvimento
3.5.1 Monitoramento Interno e Externo
Nessa primeira parte o experimento tinha a intenção de comparar o comportamento da temperatura e umidade interna e externa, nela utilizamos um par de sensores (luminosidade e temperatura) do lado interno do quarto e um do lado externo do quarto, conforme figuras abaixo
Montagem Interna Montagem Externa
Foi utilizado uma garrafa pet Furada dos lados e aberta em baixa de modo a não interferir na aferição da luminosidade e temperatura, e que esta também protegesse os componentes de uma possível chuva.
Em seguida todo o cômodo foi fechado (portas e janelas) e a medição iniciada
Início do Experimento
3.5.2 Monitoramento Quarto sem sol e Quarto com sol
Para essa segunda parte o experimento tinha a intenção de comparar o comportamento da temperatura e umidade de dois diferentes ambientes fechados, o primeiro um quarto com uma janela de vidro translúcido que permitirá a incidência de luz solar (que o chamaremos de “Quarto 1” a partir daqui),e o segundo um quarto com uma janela de vidro translúcido e uma janela do tipo persiana que impedirá a incidência de luz solar (que o chamaremos de “Quarto 2” a partir daqui).
Montagem Quarto 1 Montagem Quarto 2
Janela Quarto 1 Janela Quarto 2
3.6 Localização do experimento
O experimento foi realizado em Itapecerica, Minas Gerais, Brasil. Cuja localização é 20º 28' 15.567'' Sul, 45º 7' 24.115'' Oeste.
4. Resultados Teóricos:
4.1 Duração do dia solar
Latitude = Φ = 20º 28' 15.567'' Sul = -20.4709909º
Iremos utilizar o dia juliano como sendo o dia do meio entre as medições.
DJ = 19/11/2021 = 323 (ano não bissexto)
δ = 23,45º * sen(360º(284 + 323) / 365) = -20,0338549º
H = arccos(-tan(-20.4709909º) * tan(-20,0338549º)) = 97,823548º
N = 2 * 97,823548 / 15 = 13,04h = 13 Horas e 2 Minutos e 24 Segundos
4. 2 Horários do nascer e pôr do sol
NNascer = 12 - (13,04 / 2) = 5.84h = 5 Horas 50 Minutos e 24 Segundos
NPor = 12 + (13,04 / 2) = 18,52h = 18 Horas 31 Minutos e 12 Segundos
5. Resultados práticos:
Planilha com todos os dados está disponível em: Dados Projeto.xlsx
5. 1 Medições Interna e Externa
5. 1.1 Umidades medidas
Dia 14/11/2021 (Sol)
Dia 15/11/2021 (Sol)
Dia 16/11/2021 (Parcialmente nublado)
Dia 17/11/2021 (Nublado)
5. 1.2 Temperaturas medidas
Dia 14/11/2021 (Sol)
Dia 15/11/2021 (Sol)
Dia 16/11/2021 (Parcialmente nublado)
Dia 17/11/2021 (Nublado)
5. 1.3 Luminosidades medidas
Dia 14/11/2021 (Sol)
Dia 15/11/2021 (Sol)
Dia 16/11/2021 (Parcialmente nublado)
Dia 17/11/2021 (Nublado)
5. 2 Medições Quarto com sol e Quarto sem sol
5. 2.1 Umidades medidas
Dia 22/11/2021 (Nublado)
D a 23/11/2021 (Sol)
5.2.2 Temperaturas medidas
Dia 22/11/2021 (Nublado)
Dia 23/11/2021 (Sol)
5. 2.3 Luminosidades medidas
Dia 22/11/2021 (Nublado)
D ia 23/11/2021 (Sol)
5. 3 Comparação medição Interna X Externa
5. 3.1 Temperatura
(dia de sol) (dia de sol)
(dia parcialmente nublado) (dia nublado)
5 .3.2 Luminosidade
5. 4 Comparação medições Quarto com sol X Quarto sem sol
5. 4.1 Temperatura
5. 4.2 Luminosidade
6. Análises de dados
Primeiro, observamos que no primeiro dia de testes a temperatura do ar chegou aos 50ºC, isso ocorreu devido a um erro, onde a radiação solar estava incidindo diretamente no termômetro, causando uma aferição errada da temperatura do ar e portanto não usaremos os seus dados para essa conclusão.
Este erro foi corrigido criando uma sombra sobre o termômetro, e não deixando ainda o sensor de luminosidade exposto conforme a figura a seguir.
Segundo, analisaremos as medições Interna X Externa disponíveis no tópico 5.3. Podemos afirmar com os dados obtidos que para os três dias em questão (Ensolarado, Parcialmente Nublado e Nublado) a temperatura segue uma regra, ficando mais quente internamente quando comparado externamente durante o período sem incidência solar, e esta temperatura vai se aproximando da temperatura externa conforme o período de incidência solar, chegando a ficar mais fria durante o dia Ensolarado, razoavelmente mais fria durante o dia parcialmente nublado e próximo a temperatura externa durante o dia nublado.
Por último, analisaremos as medições Quarto com sol X Quarto sem sol disponíveis no tópico 5.4. Podemos afirmar com os dados obtidos que para ambos os dias (Ensolarado e Parcialmente nublado) a temperatura durante o período do dia solar segue uma regra ficando mais quente no quarto com incidência solar quando comparado ao quarto sem incidência solar, essas temperatura tende a se igualar conforme o horário do pôr do sol se aproxima, voltando a se diferenciar somente na manhã seguinte. Podemos também analisar que nos dias de sol esta temperatura tende a se diferenciar bastante, chegando até a 5ºC de diferença em aproximadamente 12 horas.
7. Conclusão
Podemos concluir através da análise de dados que para uma maior eficiência energética, proposta neste trabalho, devemos manter o cômodo livre da incidência da luz solar principalmente em dias ensolarados. Também concluímos que a temperatura externa será mais quente que a temperatura interna durante o dia, porém, esta temperatura externa durante a noite tende a ser menor quando comparado a interna, então para finalidade de manter o cômodo aquecido, recomenda-se que as janelas fiquem abertas durante o dia e feche-as durante a noite, evitando assim um gasto possivelmente desnecessário de aquecedores. E para a finalidade de manter a temperatura do cômodo baixa recomenda-se a abertura das janelas durante a noite, podendo evitar um gasto desnecessário com o uso de ventiladores ou ares-condicionados.
8 . Custo:
1x Arduino Uno = R$ 35,99
1x Jumpers Macho x Macho (40uni) = R$ 8,00
1x Jumpers Femea x Femea (40uni) = R$ 8,00
2x Módulo Dht11 = R$ 21,20
2x Módulo Bh1750 = R$ 21,10
1x Protoboard 170 pontos = R$2,99
Total = R$ 97,28
9. Cronograma:
10. Bibliografia:
O que precisa saber sobre a luz azul; Bioninja Quantico; Disponivel em: <https://bioninjaquantico.wordpress.com/2019/04/06/o-que-precisa-saber-sobre-a-luz-azul-e-a-saude/>. Acessado em: 23 de Novembro de 2021.
Sensor de luminosidade; Usainfo; Disponível em: <https://www.usinainfo.com.br/sensor-de-luminosidade-508>. Acessado em: 23 de Novembro de 2021.
Sensores de Temperatura; André Carneiro; Dispomível em: <http://www.uesc.br/centros/ctr/modulos/didatico/palestras/seminarios/sct_2009/sem_dia3_andre.pdf>. Acessado em: 23 de Novembro de 2021.
Com crise hídrica, conta de luz acumula alta de 20,1% nos últimos doze meses; CNN Brasil; Disponivel em: <https://www.cnnbrasil.com.br/business/com-crise-hidrica-conta-de-luz-acumula-alta-de-201-nos-ultimos-doze-meses/>. Acessado em: 23 de Novembro de 2021.
Temperature and Humidity Module; AOSONG; Disponível em: <https://blogmasterwalkershop.com.br/arquivos/datasheet/Datasheet%20DHT11.pdf>. Acessado em: 23 de Novembro de 2021.
Digital 16 bits Serial Output Type Ambient Light Sensor; ROHM Semiconductor; Disponível em: <https://www.usinainfo.com.br/index.php?controller=attachment&id_attachment=276>. Acessado em: 23 de Novembro de 2021.
Link da apresentação do projeto:
https://youtu.be/zDlIz8Ezz7Y