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Sistema de monitoramento de caixa d’água para residencias, condomínios ou empresas – parte 3

Finalmente cheguei ao final do desenvolvimento do sistema de monitoramento de caixa d’água – AquaMon que foi concebido para administração da água em residencias, condomínios ou empresas. O sistema informa em tempo real os níveis dos reservatórios de água no display em seu painel. O sistema também envia informações para um servidor na internet, alem disso também envia alarmes pre-programados por mensagens de SMS em celulares.

AquaMon – Sistema de monitoramento de caixa d’água

 

O sistema AquaMon – Sistema de monitoramento de caixa d’água utiliza o conceito de “Internet das Coisas” ou “Internet of Things” – IOT veja o Artigo: Internet das coisas: Engenheiro explica o conceito

Acesso dos condôminos a informação

Cada condômino pode verificar on-line os níveis dos reservatórios do seu condomínio usando o seu computador ou celular para acessar a internet. Isso ajuda muito a administrar um recurso que cada vez mais é escasso. Imagine a seguinte situação: estou no trabalho e preciso saber se tem água disponível para tomar aquele merecido banho ou terei que ir ate a casa da sogra… Basta acessar o site do sistema, fazer o login e verificar a situação… Alias, podemos saber também se tem energia no condomínio e decidir se é melhor aguardar um pouco mais, afinal subir as escadas ate o trigésimo andar depois de um longo dia de trabalho, não é uma tarefa la muito prazerosa.

Os tipos de alarmes disponíveis são:

  1. foto 2Falta de energia elétrica;
  2. Retorno de energia elétrica;
  3. Falta de água da concessionaria;
  4. Retorno da água da concessionaria;
  5. Nível dos reservatórios em 10%;
  6. Nível dos reservatórios em 20%;
  7. Nível dos reservatórios em 30%;
  8. Nível dos reservatórios em 50%;
  9. Nível dos reservatórios em 100%;
  10. Problema no sistema de bombeamento;
  11. Possível vazamento;

As configurações do equipamento são feitas por um controle remoto por Infravermelho, isso facilita muito.20150429_211252

. As opções existentes são:

  1. Data/Hora;
  2. Calibração;
  3. Alarmes;
  4. GPRS.

 

 

 

Faz uma semana que o protótipo do sistema de monitoramento de água – AquaMon – Sistema de monitoramento de caixa d’água foi instalado no condomínio onde moro para avaliar e verificar possíveis correções de software e ou hardware. Este é o painel que desenvolvi para o produto. A imagem esta mostrando a mensagem de inicialização do sistema no display. O equipamento quando é ligado, efetua a verificação do funcionamento dos seus sistemas na forma de um auto teste e passa a mostrar no display a informação do nível dos reservatórios monitorados pelo sistema em tempo real, assim como enviar estas informações para o servidor do AquaMon – Sistema de monitoramento de caixa d’água na internet e SMS´s dos alarmes programados.

 

No próximo post pretendo detalhar melhor o funcionamento do sistema de monitoramento de água AquaMon.

Se alguém tiver interesse em obter mais informações sobre o sistema basta entrar em contato

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O sistema esta pronto e operando, veja o link:

http://www.marcelobarreto.eng.br/monitoramento-nivel-de-caixa-dagua/

Medição de nível de caixa d’água para residencias, condomínios ou empresas – parte 2

No primeiro artigo abordei as varias técnicas para medição de nível. Este artigo vamos nos aprofundar na tecnologia de medição de nível por diferença de pressão. Este método apresenta uma serie de características que vai beneficiar este projeto. Dentre elas, a principal é a simplicidade mecânica aliada a uma ótima precisão.

Freescale fabrica sensores de pressão que mede a diferença de pressão entre uma entrada e outra. Veja a foto abaixo:

Sensor

Sensor

Esse sensor mede a pressão de qualquer fluido (água, óleo, ar, etc). A principal aplicação é a medição de nível em caixas d’agua, máquinas de lavar, etc.

Ha varios modelos a saber, cada um para uma faixa de pressão:

  • MPX5010DP: 0 a 10 kPa (0 a 1,45 psi – 0 a 0,1 bar – 0 a 1m de coluna de agua)
  • MPX5050DP: 0 a 50 kPa (0 a 7,25 psi – 0 a 0,5 bar – 0 a 5m de coluna de agua)
  • MPX5100DP: 0 a 100 kPa (0 a 14,5 psi – 0 a 1 bar – 0 a 10m de coluna de agua)
  • MPX5500DP: 0 a 500 kPa (0 a 72.5 psi – 0 a 5 bar – 0 a 50m de coluna de agua) – EM FALTA
  • MPX5700DP: 0 a 700 kPa (0 a 101.5 psi – 0 a 7 bar – 0 a 70m de coluna de agua)

A Freescale disponibiliza um documento explicando como fazer o monitoramento usando esta tecnologia:  AN1950

Esta outra nota de aplicação explica como evitar ruído na saída do sensor: AN1646

Conforme figura abaixo podemos ver que uma das entradas do sensor é conectada a uma mangueira plastica que deve ser posicionada no fundo do reservatório de forma que a pressão hidrostática seja a mesma no sensor.

MPX5050

 

A saída de sinal deste sensor é analógica de 0 a a aproximadamente 4,7V, e deve ser lido por um conversor analógico.

A titulo de curiosidade também é possível medir vácuo, usando a outra entrada do sensor. Inclusive é possível medir velocidade de fluxo do fluido, usando-se as duas entradas.

No próximo post pretendo falar sobre o produto já acabo pois neste momento já estou testando um protótipo aqui no meu condomínio.

Medição de nível de caixa d’água para residencias, condomínios ou empresas – parte 1

No dia 4 de fevereiro publiquei um artigo com o titulo: Falta de água no Cantareira, São Paulo poderá virar um deserto? propondo um sistema para informar o nível dos reservatórios de água de um condomínio, empresa ou residencia, de forma a ajudar na administração deste recurso tão precioso que é a agua. Sabemos que o os reservatórios de água do sistema Cantareira estão em níveis alarmantes e o governo vem acenando para um possível rodizio 5 por 2, ou seja 5 dias sem água e 2 dias com. Moro em um condomínio na Zona norte de São Paulo que poderá ser afetado por este rodizio e a proposta deste sistema é ajudar a administrar o uso consciente da água!

Este sistema que chamei AQUAMON sera constituído basicamente de duas partes:

  1. Hardware do medidor de nível com envio de informação para internet;
  2. Site ou App para acesso das informações pelo computado ou celular.

Vou escrever uma serie de artigos relatando os passos no desenvolvimento deste sistema.

Vamos começar analisando as tecnologias que podemos utilizar para a medição de nível em um caixa d’água.

O Nível é uma das variáveis mais comuns e mais amplamente utilizadas em aplicações em diversas aplicações.

Podemos definir medida de nível como a determinação da posição de uma interface de dois meios. Normalmente, um desses meios é líquido, podendo ser sólidos ou a combinação de ambos.

Temos uma grande variedade de sistemas de medição de nível, cada um com vantagens e limitações. A seleção do sistema de medição a ser utilizado deverá considerar as características específicas da aplicação, tais como: o tipo de produto cujo o nível se quer medir, a precisão desejada, custos e outras restrições existentes.

Os sistemas de medição medem ou a posição da superfície do líquido sobre um ponto de referência ou a altura hidrostática criada pelo líquido cuja superfície se deseja conhecer. Podemos classificar os medidores de nível como:

nível

Tabela 1 – Tecnologia aplicada em medições direta e indireta

Na tabela acima podemos ver que ha dois métodos a saber:

O método de medição direta que se faz tendo como referência a posição do plano superior da substância medida.

E o método de medição indireta que mede o nível em função de uma segunda variável.

Tecnologias de Medições Diretas
Visores de Nível

Este medidor usa o princípio dos vasos comunicantes, o nível é observado por um visor de vidro especial, podendo haver uma escala graduada acompanhando o visor. Esta medição é feita em tanques abertos ou fechados.

nível

Tanque com medição por vasos comunicantes

 

Boias e Flutuadores

 

Consiste em uma boia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente encontrada em tanques abertos.

nível
Contatos de Eletrodos

 

Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos metálicos de comprimentos diferentes. Quando houver condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido.

nível
nível

 

Tecnologias de Medição Indireta

 

Medição de Nível por Capacitância

 

A capacitância é uma grandeza elétrica que existe em duas superfícies condutoras isoladas entre si. O medidor de nível capacitivo mede as capacidades do capacitor formado pelo eletrodo submergido no líquido em relação as paredes do tanque. A capacidade do conjunto depende do nível do líquido. O elemento sensor, é uma haste ou cabo flexível de metal. Em líquidos não condutores se empregam em um eletrodo normal, em fluidos condutores o eletrodo é isolado normalmente com teflon. A medida que o nível do tanque for aumentando o valor da capacitância aumenta progressivamente a medida que o dielétrico ar é submetido pelo dielétrico líquido a medir.

nível

 

Medição de nível por empuxo

 

Baseia-se no princípio do Arquimedes:

“Todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida debaixo para cima igual ao peso do volume do fluido deslocado”

A esta força exercida pelo fluido do corpo nele submerso ou flutuante chamamos de empuxo.

Onde: E = empuxo V = volume deslocado δ= densidade ou peso específico do líquido

Baseado no principio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer) que sofre o empuxo do nível de um líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo de torque. O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo nível está medindo, pois o empuxo varia com densidade.

Através dessa técnica podemos medir nível de interface entre dois líquidos não miscíveis. Na indústria muitas vezes temos que medir o nível da interface em um tanque contendo dois líquidos diferentes. Este fato ocorre em torres de destilação, de lavagem, decantadores, etc. Um dos métodos mais utilizados para medição da interface é através da variação do empuxo conforme citaremos a seguir. Consideremos um flutuador de forma cilíndrica mergulhado em dois líquidos com pesos específicos diferentes δ1 e δ2.

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuador, será a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro, pelo líquidos de pesos específicos δ1 e δ2, respectivamente. O empuxo será dado por:

ET = E1 + E2 Onde:

Assim para diferentes valores de altura de interface, teremos diferentes variações de empuxo.

nível

Esquema de empuxo

nível

Esquema de sensor de empuxo

Medição de nível por ultra-som

 

O ultra-som é uma onda sonora, cuja freqüência de oscilação é maior que aquela sensível pelo ouvido humano, isto é, acima de 20 Khz. A geração ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico, esta excitação é transferida de molécula a molécula do meio, com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia das moléculas. A propagação do ultra-som depende, portanto, do meio (sólido líquido ou gasoso). Assim sendo, a velocidade do som é a base para a medição através da técnica de eco, usada nos dispositivos ultra-sônicos.

As ondas de ultra-som são geradas e captadas pela excitação elétrica de materiais piezoelétricos.

A característica marcante dos materiais piezoelétricos é produção de uma frequência quando aplicamos uma tensão elétrica. Assim sendo, eles podem ser usados como gerador de ultra-som, compondo, portanto, os transmissores. Inversamente, quando se aplica uma força em um material piezoelétrico, ou seja, quando ele recebe um sinal de freqüência, resulta o aparecimento de uma tensão elétrica no seu terminal. Nesta modalidade, o material piezoelétrico é usado como receptor do ultra-som.

Os dispositivos do tipo ultra-sônico podem ser usados tanto na detecção contínua de nível como na descontínua. Os dispositivos destinados a detecção contínua de nível caracterizam-se, principalmente, pelo tipo de instalação, ou seja, os transdutores podem encontrar-se totalmente submersos no produto, ou instalados no topo do equipamento sem contato com o produto.

nível

Esquema de medidor de ultra-som

 

Medidor de Nível por Pressão Diferencial

 

Uma coluna vertical de fluido exerce uma pressão devido ao peso da coluna. A relação entre a altura da coluna, e a pressão do fluido na parte inferior da coluna é constante para qualquer fluido específico (densidade), independentemente da largura ou forma do reservatório.

Por tanto, o Nível pode ser inferido a partir da a pressão exercida pela altura da coluna líquida do líquido dentro do tanque.

Baseia-se no Teorema de Stevin:

P = γ h

P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O

h = nível em mm ou em polegadas

γ = densidade relativa do líquido na temperatura ambiente ou densidade especifica .

A 4°C a água pura tem uma densidade (peso ou massa) de cerca de 1 g/cm3 , 1 g/ml, 1 kg/litro, 1000 kg/m3 ouu 62.4 lb/.ft3

Por exemplo, a pressão gerada por uma coluna de óleo de 12 pés de elevação tendo uma densidade especifica (γ) de 40 lb/ft3 é:

formula

 

O nível do líquido é proporcional à pressão no fundo do tanque. Se colocam medidores de pressão para medir a pressão do recipiente e a pressão no fundo do recipiente.

P(fundo) – P(superfície)=ρ*g*h

ρ = densidade do líquido

g= 9.8066 m/s2 = 32.174 ft/s2

Fator de conversão :

gc = 9,80 kg.m/kgf.s2 = 32,174 lb.ft/lbf.s2 .

TAnque

Solução para falta de água

É verão de 2015. As filas para pegar água se espalham por vários bairros. Varias famílias carregam baldes e aguardam a os caminhões-pipa. Não ha uma gota nos canos e nas torneiras. O racionamento 5 por 2 no abastecimento força lugares com Solução para falta de água grandes aglomerações, como shopping centers e faculdades, a fechar suas portas. As chuvas da estação não vieram, as obras que estão em andamento tardarão a ter efeito e o desperdício continua muito alto. Por isso, São Paulo e várias cidades vizinhas, que formam a maior região metropolitana do país, entram na mais grave crise de falta d’água da história.

Será ficção? Não acredito! Nós, moradores da Zona Norte de São Paulo já estamos vivendo situações muito próximas da narrada acima.

Em Itu, a população passa por uma situação terrível. Veja reportagem.

Solução para falta de água

Atualmente moro em um condomínio com uma unica torre na Zona Norte de São Paulo que é abastecido pelo sistema Cantareira. Temos uma cisterna de 30 mil litros de água e duas caixas interligadas no alto da torre com 40 mil litros no total. O racionamento de água, já é uma realidade e ele ocorre todos os dias das 15:00 as 6:00. Quando for implementado o rodizio de 5 dias sem água e 2 dias com água, teremos um grande problema, porque para os níveis atuais de consumo do condomínio a água deve durar no máximo 2 dias e ficaremos em media 3 dias sem água alguma.

Estive pensando como será a situação de ficar três dias sem água alguma. No nosso condomínio ainda não implementaram a individualização das contas de água, isso contribui para o desperdício.Solução para falta de água

Os moradores tem culpa? A população tem culpa? Não, claro que não. Porem como vamos atravessar estes tempos difíceis? Varias medidas estão sendo tomadas por todos para economizar o nosso liquido tão precioso. Mas afinal como é possível administrar os estoques de água? Hoje não ha como saber qual a quantidade de água presente em nossas caixas d’agua e tão pouco sabemos se ha água da rua.

Solução para a falta de água

Pensando nisso, vou iniciar um projeto de um sistema de monitoramento dos reservatórios de água eletrônico que enviará as informações para a internet e disponíveis para consulta por qualquer morador por celular ou computador. Dessa forma cada morador poderá verificar On-line (WiFi, GPRS/GSM, Ethernet) a situação dos reservatórios e a previsão para o fim dos estoques, isso deve ajudar em muito no processo de administração da agua. Segue abaixo uma lista de informações que o sistema vai disponibilizar:

  • Nível total e individual de cada reservatório com histórico por gráfico;
  • Condição do fornecimento, se ha água de rua ou não com histórico por gráfico;
  • Monitoramento do funcionamento das bombas de água com histórico por gráficos;
  • Previsão de fim dos estoques.

O diagrama de blocos do sistema de medição será como segue:

Solução para falta de água

 

Estou nomeando o sistema como “AQUAMON” – Sistema de monitoramento de Água que vem para contribuir na Solução para falta de água.

Para o monitoramento deve ser instalado um sistema para cada caixa d’água, veja o diagrama da instalação proposto para um caso hipotético:

 

Solução para falta de água

Gostaria de discutir casos específicos para saber se o sistema poderá atender a sua necessidade. Quem tiver interesse adquirir o sistema entre em contato.

 

 

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