TELEGESTÃO PARA ILUMINAÇÃO PÚBLICA

CENTRO UNIVERSITÁRIO SOCIESC – UNISOCIESC

TELEGESTÃO PARA ILUMINAÇÃO PÚBLICA

JEFERSON ADRIANO BUSS

LUCAS GOMES DA ROCHA

Resumo

Esse trabalho tem por objetivo estudar os principais métodos, bases e dificuldades encontradas para uma tipificação e preservação do sistema de Iluminação pública das cidades. Aborda o uso de sistemas automatizados de gerenciamento remoto aplicados na iluminação pública (IP), com reconhecimento dos pontos de IP e avaliação dos benefícios obtidos com esse sistema. Demonstra uma propensão de ação na iluminação em locais no qual se busca uma melhor supervisão de falhas. E por fim, acontece uma pesquisa comparativa de casos em Joinville/SC, analisando uma praça pública que contém lâmpadas multivapores metálicos.

Palavras-chave: Iluminação Pública; Telegestão; Sistemas Supervisores Remotos

Abstract

This work aims to study the main methods, bases and difficulties found for optimal typification and preservation of the public lighting system of cities. Demonstration of use of automated remote control systems applied in public lighting, with recognition of the IP points and evaluation of the benefits obtained with this system. Demonstrates a proposed action for lighting in non-qualified locations for better fault monitoring. Finally, it performs a comparative case study in Joinville SC, analyzing a public square containing multivapores metallic bulbs.

Palavras-chave: Public Lighting; Telemaintenance; Remote Supervisory Systems

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Nesta etapa do trabalho serão abordados os principais conceitos e as definições pertinentes utilizados na sua elaboração. Todos os métodos, ilustrações e teorias apresentadas servirão como base no comparativo do sistema de telegestão e manutenção convencional.

ILUMINAÇÃO PÚBLICA  

A iluminação pública tem papel fundamental em diversos aspectos para a sociedade e a questão da segurança pública é atrelada a (IP) como um dos mais importantes. Rosito (2009) descreve que "a iluminação pública (IP) tem como uma provável origem a Inglaterra em 1415, por solicitação de comerciantes para o combate ao crime". Nesse breve contexto, é possível perceber a importância de se manter uma lâmpada acesa durante a noite num espaço urbano público. Com isso, será tratado a seguir alguns conceitos, tendências e práticas de manutenção da iluminação pública.

Conceitos e definições

 Conforme Rosito (2009), Iluminação pública é o serviço que possui o propósito de conceder luz ou brilho artificial a ambientes públicos a noite ou nos escurecimentos diurnos ocasionais, inclusive em locais que demandem luminosidade no período diurno.

No Brasil, a Agência Nacional de Energia Elétrica através da resolução nº 456 define iluminação pública como sendo:

Serviço que tem por objetivo prover de luz, ou claridade artificial, os logradouros públicos no período noturno ou nos escurecimentos diurnos ocasionais,inclusive aqueles que necessitam de iluminação permanente no período diurno (BRASIL, 2000, p. 4).

Os sistemas de iluminação pública são formados por um conjunto de equipamentos e um ponto de IP, segundo (VASCONCELLOS & LIMBERGER, 2013), é composto basicamente por uma fotocélula, que pode ser denominado como controlador individual de luminária, pela lâmpada e por uma luminária, sendo essa responsável pela proteção do conjunto e pelo bom direcionamento da luz gerada pela lâmpada, entre outros aspectos.

Normas aplicáveis

ABNT NBR 5101:2012 - Iluminação pública — Procedimento. Public road lighting tem como escopo estabelecer os requisitos para iluminação de vias públicas, propiciando segurança aos tráfegos de pedestres e de veículos. 

Cenário atual

Muitas mudanças estão ocorrendo no setor, das quais a atual legislação, determinou que a partir de janeiro de 2015 sua competência é municipal tendo como responsabilidades básicas: a gestão, o projeto, a implantação, a expansão, a operação e a manutenção (ANEEL, 2017). 

Pela visão energética, em 2015, conforme EPE (2017), o Brasil consumiu cerca de 475.432 GWh de energia elétrica, dos quais em 2014 em torno de 2,95% foi destinado ao sistema de iluminação pública e, conforme  figura 1, este número é crescente.

Consumo iluminação pública (GWh)
Consumo iluminação pública (GWh)EPE (2017) (p. 3.29)

Esse amplo uso da energia faz com que as buscas constantes por fontes de luz mais eficientes sejam conduzidas no país. Um dos programas mais importantes nessa área e que vem apresentando resultados significativos é o Procel Reluz que desde a sua criação em 2000, segundo a ELETROBRAS (2017), já proporcionou a substituição de cerca de 2,78 milhões de pontos de iluminação pública em todo o país, distribuídos em diversas regiões conforme a figura 2.

Distribuição regional dos pontos de iluminação pública implementados pelo Procel Reluz desde 2001
Distribuição regional dos pontos de iluminação pública implementados pelo Procel Reluz desde 2001PROCEL RELUZ (p. 36)

 

De modo geral, segundo ELETROBRAS (2017) isto é realizado por intermédio da substituição de lâmpadas incandescentes, mistas e a vapor de mercúrio por lâmpadas a vapor de sódio a alta pressão, a vapor metálico ou luminárias LED, mais eficientes que as anteriores.

Tendências

Analisando o cenário atual, como sugere (Barbosa Lopes, 2014) surge a tecnologia LED, Light Emitting Diode, o diodo emissor de luz, que vem conquistando seu espaço, por causa da sua durabilidade e eficiência energética. Essa tecnologia está em absoluto progresso e apresenta um desenvolvimento constante de eficiência no decorrer dos anos, permitindo dispor que na atual etapa tecnológica já seja possível sua efetivação em ampla escala

Através da figura 03, é possível analisar a concepção da tecnologia LED em alguns parques de iluminação em diversas cidades pelo mundo.

Examples of led street lighting adoption
Examples of led street lighting adoptionThe Climate Group ()

 "Luminárias que utilizam a tecnologia de LEDs, despontaram como uma alternativa técnica e comercialmente viável para investimentos em eficiência energética no segmento de iluminação pública". The Word Bank (2016), com adaptações.

No Brasil, conforme relatório do The Word Bank (2016) a iluminação pública utiliza principalmente lâmpadas de vapor de mercúrio e de sódio, que vêm sendo substituídas por lâmpadas de LEDs. A disseminação da tecnologia de LEDs oferece uma abertura única para que as cidades brasileiras reduzirem seu consumo de energia.

MANUTENÇÃO DA ILUMINAÇÃO PÚBLICA  

Conforme descrito por KARDEC & NASCIF (2009) o ato de manter tem o objetivo de garantir a disponibilidade dos equipamentos e instalações de modo a atender a um processo de produção e a preservação do meio ambiente, com confiabilidade, segurança e custos adequados. 

Na iluminação pública o processo de manutenção de um ponto de luz em funcionamento se dá pela substituição ou reparo de equipamentos e instalações dentre outros serviços. Esse processo deve seguir diretrizes mínimas de operacionalidade que normalmente são firmados em contratos licitatórios entre poder público e iniciativa privada. 

A orientação técnica publicada pelo tribunal de contas do estado de Minas Gerais (2014), faz menção a alguns itens fundamentais para operação do sistema.

[...] como inspeção de rotina em todos os pontos de iluminação; revisão das conexões e do estado geral do sistema, cada vez que nele for realizada qualquer intervenção; pronto atendimento e execução de serviços em caso de emergência dentro dos prazos previstos; atendimento a solicitações para substituição de lâmpadas apagadas à noite ou acesas de dia, ou substituição de qualquer acessório que cause inconformidade, dentro dos prazos previstos no contrato; [...]

Nesse sentido, inserindo o ponto de vista normativo da NBR 5462:1994 que define a manutenção como sendo a combinação de ações técnicas e administrativas, incluindo as de supervisão, destinadas a manter ou relocar um item em um estado no qual possa desempenhar uma função requerida, a manutenção da iluminação pública pode ser entendida como o processo pelo qual se mantem um ponto de luz funcionando com alto desempenho luminoso e os seus equipamentos auxiliares  executando a tarefa à qual foi solicitada. 

Administração dos serviços 

Para Pinto & Xavier (2001) gerenciar a manutenção através de uma administração moderna deve contribuir efetivamente para a eficácia do processo produtivo e a satisfação plena de seus clientes. Denota-se deste conceito que para a administração dos serviços de iluminação pública, que é de competência do poder executivo municipal, deve-se haver satisfação plena da sociedade.

Muitos municípios no Brasil ainda não possuem um setor de IP especializado e com isso a terceirização se faz necessária, como mencionado por (VASCONCELLOS & LIMBERGER, 2013) "desde 1988, a Constituição Brasileira define a iluminação publica como serviço publico de interesse local, sendo responsabilidade do município gerir ou delegar a terceiros sua gestão". 

Incluem (NUNES & VALLADARES, 2008) que, por causa das mudanças ocorridas nos setores tecnológicos nos últimos anos, com a complexidade cada vez maior dos equipamentos e, ao mesmo tempo, grande ambição de produtividade e qualidade, o setor de serviços vem assumido grandes responsabilidades refletidos de modo direto no desempenho operacional da administração.

Fiscalização e controle da manutenção

Conforme Tavares (1999) a história da manutenção acompanha o desenvolvimento técnico industrial da humanidade e a prestação indireta dos serviços de manutenção preventiva e corretiva. 

Incluindo uma abordagem gerencial na manutenção de IP, um método bastante utilizado é o ciclo PDCA, que segundo Leonel (2008)  "é um método gerencial de tomada de decisões para garantir o alcance das metas necessárias à sobrevivência de uma organização".

Ciclo PDCA
Ciclo PDCAAdaptado de Camargo (2011)

Nesse aspecto, observando-se a figura 04, entendem-se a manutenção como uma melhoria contínua onde todos os fatores cíclicos possuem bastante relevância nos preceitos operacionais da iluminação pública.

Planejamento da manutenção

Uma da etapas mais importantes da manutenção é a determinação das metas, que de acordo com Campos (1996), será sempre um resultado indesejável de um processamento. Afirma Campos (1996) e Nascimento (2011), que a dificuldade "será sempre a meta não alcançada, sendo a diferença entre o resultado atual e um valor esperado". 

Na iluminação pública, o estabelecimento de um prazo de atendimento é uma meta necessária, pois o rápido restabelecimento da luminosidade nas áreas públicas, atinge diretamente a percepção da sociedade em relação a qualidade dos serviços prestados. Nascimento (2011) confirma que as "metas devem ser sempre estabelecidas nos fins (no produto, na satisfação e segurança das pessoas envolvidas com o processo)". No caso do município de Joinville/SC, um dos critérios adotados, conforme SEINFRA (2017) é "o prazo para manutenção de lâmpadas e luminárias que é de até 48 horas a partir da emissão da ordem de serviço".  

Outra meta bastante importante em um parque de iluminação pública, é o indicador de incidência de falhas que tem por objetivo medir, através de uma amostragem, o percentual de lâmpadas com falhas em relação as lâmpadas em funcionamento. Em Joinville esse percentual é determinado em 2% SEINFRA (2017). 

Outros indicadores podem ser utilizados e ficará por conta de cada gestor determinar qual será a melhor ferramenta ou indicador a seguir.(satisfação do cliente, analise de continuidade, ferramentas da qualidade etc)


Execução de rondas de verificações

 Na iluminação pública para que seja possível consertar um ponto de luz com defeito, quando não há indicação da sua localização geográfica, rondas de verificações planejadas devem ser executadas com objetivo de encontrar o maior número de falhas possíveis no sistema. Nesta fase, conforme Camargo (2011) "os objetivos concebidos no planejamento devem ser colocados em prática obedecendo às ações planejadas". 

Conforme afirma Effting (2013), que:

[...] Para que essas rondas se tornem eficazes, deve-se fazer um planejamento detalhado, conhecer bem o parque de iluminação, e, distribuir as equipes em rondas pré-programadas também divididas por regiões, preferencialmente as mesmas regiões para atendimento ao munícipe. [..]

Confirmado por Camargo (2011) "a execução é a prática gradual do plano de ação". Portanto, a execução de rondas de verificações devem ser sucessivas dentro de um plano de atuação, de maneira organizada ordenada na procura dos resultados pretendidos.


Checagem do índice de falhas 

Nesta etapa são realizadas as medições dos trabalhos executados, como diz Leonel (2008), "partir dos dados coletados na execução comparar o resultado alcançado com a meta planejada". Como exemplo, no município de Joinville/SC é feito a fiscalização amostral de 500 lâmpadas mensais e a quantidade de lâmpadas apagadas durante a noite não pode exceder 2% SEINFRA (2017).

Exemplo de folha de verificação de índice de falhas
    
    
    
Os autores (2017)

A tabela 01 exemplifica como ficaria o quadro de fiscalização em dois locais que possuem 500 pontos de iluminação pública. Nota-se que quanto menor o índice de falhas, maior será o número de luminárias funcionando corretamente.

Exemplo de folha verificação de resultado do índice de falhas
   
   
Os autores (2017)

E por fim, a tabela 02 acima mostra o resultado da fiscalização com índice total de 0,66% abaixo do determinado.

Plano de ação

De modo geral, pode-se dizer que o plano de ação é responsável por arquitetar todas ações necessárias para o atingimento dos resultados esperados ou a solução de problemas. Como escrito por Mariani, Pizzianatto e Farah (2005),  "após a etapa onde são relacionadas às causas prováveis, com visualização das mais significativas (por ocorrências, volume e importância) pode-se estabelecer ações corretivas e prioridade para o desenvolvimento e implementação dos trabalhos".

Exemplo gráfico de um plano de ação
      
      
      
Os autores (2017)

Neste ponto, analisando tabela 03, tem-se um método que pode ser utilizado como bem descreve Mariani, Pizzianatto e Farah (2005) é uma ferramenta da qualidade (5W e 2H)  que funciona como um plano de ação simplificado.

GESTÃO DA ILUMINAÇÃO PÚBLICA 

Com o desenvolvimento das cidades e a expansão da IP, juntamente com as inovações no setor, intensificou-se a necessidade de uma administração eficiente. Segundo Izoton (2009), o papel do gestor é fundamental e "a sua atuação, positiva ou negativa, impacta, diretamente, os resultados e é fundamental que ele possa trabalhar com ferramentas de gestão que facilitem a sua administração".

 A gestão dos equipamentos da iluminação pública de um município vai bastante além da troca de lâmpadas queimadas, requerem muita informação e conhecimento dos gestores. Para que se tenha um controle efetivo do parque de iluminação,  Mendes (2002) "tanto as formas de gestão, quanto a tecnologia da informação e da comunicação, estão a oferecer constantemente novas oportunidades e ameaças"

Para Peter Drucker (2010) a gestão pode ser considerada o ato de planejar, organizar, controlar e dirigir. Serve para qualquer ramo de atividade.

Georreferenciamento e cadastro de IP

Uma informação bastante necessária para manutenção da iluminação pública é o cadastro e o georreferenciamento,  que segundo EPUSP (2006), conforme citado por ROQUE (2006),

[...] Georreferenciar uma imagem ou mapa é tornar suas coordenadas conhecidas num dado sistema de referência. Este processo inicia-se com a obtenção das coordenadas (pertencentes ao sistema no qual se planeja georreferenciar) de pontos da imagem ou do mapa a serem georreferenciados, conhecidos como Pontos de Controle. Os Pontos de Controle são locais que oferecem uma feição física perfeitamente identificável [..]

Muitas cidades ainda não contém uma listagem de suas lâmpadas instaladas. Essa falta de especificação acaba gerando alguma dificuldade para se prever, por exemplo, a quantidade de materiais para manutenção do sistema. 

Para Shueda (2011)

Por este motivo, para um bom gerenciamento da iluminação pública, é necessária a realização de um levantamento em campo de todos os pontos existentes através do cadastro das coordenadas georreferenciadas dos pontos de iluminação que compõe o parque de iluminação pública

A falta de um cadastro georreferenciado pode ser bastante complicado quando se quer determinar com exatidão, por exemplo, o consumo de energia elétrica total do parque de iluminação. Na sequência a figura 01 ilustra um exemplo de cadastro georreferenciado pertencente ao município de Araquari SC

Exemplo de cadastro georreferenciado - Araquari/SC
Exemplo de cadastro georreferenciado - Araquari/SCAdaptado Quantum Engenharia (2013)

Observa-se no na figura 01 que cada ponto de IP no mapa possui um número específico, o nome da rua onde está localizado e a potência da lâmpada. Estes dados são considerados mínimos para que se tenha um melhor controle de manutenção. Na mesma figura, nota-se que um ponto sem cadastro poderá gerar dúvidas quanto ao histórico de intervenções.

Gestão integrada 

Do ponto de vista de Vitoriano (2012), a gestão integrada nada mais é que a integração de diversos sistemas de gestão com o objetivo de programar suas políticas e atingir seus objetivos de forma mais eficaz.

Na iluminação pública um sistema de gestão integrada é um sistema de gestão, que integra todos os componentes, necessários, num sistema adequado de forma a deixar a prática gestão ideal aos objetivos. A abordagem integrada necessita de a conciliação de todos os artifícios de gestão interna num único sistema.

TELEGESTÃO PARA ILUMINAÇÃO PÚBLICA

No que diz respeito a sistemas de supervisão e controle da rede de iluminação da via Pública exitem muitos exemplos que podem ser apresentados. Há no mercado sistemas com diversas funcionalidades, desde os que apenas permitem efetuar o controle, monitorização local ou de transporte de dados, até soluções integradas que permitem efetuar o controle e supervisão remota do sistema de iluminação pública Vaz (2010).

Atualmente, uma das maiores dificuldades encontradas na verificação das falhas em pontos de iluminação pública está na necessidade de utilização de mão de obra em regime constante para vistorias de lâmpadas apagadas durante a noite ou acesas durante o dia. 

Neste processo diversas atividades repetitivas precisam ser efetuadas sistematicamente, como por exemplo, as rondas diárias efetuadas pelas equipes operacionais. Isso gera custos operacionais variáveis e uma rotina que ainda oferece restrições em diversos aspectos, como à segurança das operações por exemplo.

Conforme mencionado por NOGUEIRA (2014 apud VAZ, 2010; SECA 2013)

O funcionamento de um sistema de telegerenciamento é baseado no controle e gestão a distância dos pontos de luz, sendo possível efetuar o controle do fluxo luminoso das luminárias (reduzindo gastos com consumo de energia), verificar em tempo real a condição de cada ponto de iluminação (consumo, vida útil, pontos apagados) e gerar relatórios informando possíveis problemas de funcionamento e danos sofridos nos componentes do sistema de iluminação, agilizando assim os processos de manutenção.

Santos (2016) afirma que “a prefeitura precisa esperar o cidadão ligar para informar que a lâmpada apagou, para então levar de um a três dias para restabelecer o serviço. É algo que não faz mais sentido”.

Por meio dessa tecnologia, esse tipo de sistema pode obter todas as informações pertinentes e observar os acontecimentos de campo em tempo em real, ajudando no planejamento e uso racional da energia elétrica, além de medir precisamente o tempo de uso das lâmpadas, e identificar falhas na rede. A precisão desse tipo de sistema ao identificar falhas é um grande trunfo no que se refere a logística de manutenção. Os pontos de luz são georreferenciados e individuais, logo, o setor de manutenção consegue rapidamente descobrir onde é o ponto com defeito, e com as informações de falhas obtidas, estimar quais os possíveis defeitos podem estar interferindo no funcionamento das lâmpadas. Essa rapidez e precisão é capaz de gerar uma redução considerável nos custos de manutenção

Os sistemas de telegestão, desenvolvidos por dezenas de empresas tanto do setor de tecnologia quanto do setor de equipamentos elétricos, possibilitam a identificação de falhas, o controle total dos pontos individualmente, acionando-os e dimerizando-os remotamente, além de obter todas as informações, como consumo em tempo real. Esses sistemas ao identificarem as falhas, facilitam a logística de manutenção, reduzindo o seu custo e o tempo gasto para que os problemas sejam resolvidos.

TELEGESTÃO
TELEGESTÃOSCHERÉDER (2017)

Como já citado são inúmeros os benefícios que este tipo de sistema supervisório poderá gerar para os municípios, contudo há de se tomar uma postura cautelosa sobre a escolha dos tipos de equipamentos e sistemas disponíveis no mercado. 

Observa-se o que diz a resolução normativa Nº 414, DE 9 de setembro de 2010 ART. 260,

[...]Caso sejam instalados equipamentos automáticos de controle de carga que reduzam o consumo de energia elétrica do sistema de iluminação pública, devidamente comprovado e reconhecido por órgão oficial e competente, a distribuidora deve proceder à revisão da estimativa de consumo e considerar a redução proporcionada por tais equipamentos[...]

É necessário, portanto, conhecer os recursos e utilidades do sistema de telegestão e condicionar os funcionários que trabalham de modo direto com estes equipamentos, e também observar a qualidade dos equipamentos é primordial para que todo o sistema obtenha o desempenho esperado.

COMPOSIÇÃO DO TELEGERENCIAMENTO

 Controlador individual de luminárias

O controlador individual para monitoramento integral e remoto de luminárias substituiu o relé fotoelétrico convencional. Além de acender e apagar uma lâmpada através do foto sensor este dispositivo permite também reduzir o fluxo luminoso de luminárias compatíveis com dimerização, e, consequentemente, reduzir o consumo de energia. Este tipo de controlador coleta e envia a um controlador de segmento denominado concentrador os dados de grandezas elétricas de cada luminária (tensão, corrente, fator de potência, potência e energia consumida) através de sinais de rádio frequência. Pode atuar tanto como transmissor como receptor SEINFRA (2017)

Concentrador ou controlador de segmento 

O concentrador tem a capacidade de comunicação via rádio frequência com os controladores individuais das luminárias. Faz a transferência de dados para um servidor central de monitoramento por modem GSM/GPRS (SEINFRA 2017)

Microcontroladores

  Um microcontrolador é, em última avaliação, um computador em um único chip. Este chip possui um processador (Artigo Coerência e Aritmética – ULA), memória, periféricos de chegada e de saída, temporizadores, dispositivos de comunicação serial, dentre mais (PENIDO e TRINDADE, 2013). 

A composição de qualquer computador, e que também estão presentes, em menor escala, nos microcontroladores são a unidade central de processamento (CPU), sistema de clock para dar seqüência às atividades da CPU, memória para armazenamento de instruções e para manipulação de dados, entradas para interiorizar na CPU informações do mundo externo, saídas para exteriorizar informações processadas pela CPU para o mundo externo e programa (firmware) para definir um objetivo ao sistema (DERNARDIN, 2014).

Transceptor de Radiofrequência  

  Um transceptor é uma combinação de transmissor / receptor em um único pacote. O termo aplica-se aos dispositivos de comunicação sem fio, tais como telefones celulares, aparelhos de telefone sem fio, rádios bidirecionais portáteis e rádios bidirecionais móveis (ROUSE, 2017). 

Em um transceptor de rádio, o receptor é silenciado durante a transmissão. Um interruptor eletrônico permite que o transmissor e o receptor sejam conectados à mesma antena e evita que a saída do transmissor danifique o receptor. Com um transceptor deste tipo, é impossível receber sinais durante a transmissão. Este modo é chamado half duplex. Transmissão e recepção muitas vezes, mas nem sempre, são feitas na mesma frequência (ROUSE, 2017).

Alguns transceptores são projetados para permitir a recepção de sinais durante os períodos de transmissão. Este modo é conhecido como duplex completo e requer que o transmissor e o receptor operem em frequências substancialmente diferentes, de modo que o sinal transmitido não interfira com a recepção. Os telefones celulares e sem fios utilizam este modo. As redes de comunicações por satélite empregam frequentemente emissores-receptores full-duplex nos pontos de assinante baseados na superfície. O sinal transmitido (transceptor para satélite) é chamado de ligação ascendente, e o sinal recebido (de satélite para transceptor) é chamado de ligação descendente (ROUSE, 2017).

SENSORES 

Sensores são dispositivos sensíveis a energia como: luminosidade, calor e velocidade, no qual, associa essa energia a grandezas que podem ser medidas, são exemplos dessas medidas, temperatura, pressão, velocidade, corrente, tensão e resistência. Vê-se necessário a utilização de amplificação de sinal, caso a resposta de saída seja muito baixa (THOMAZINI & ALBUQUERQUE, 2005). 

Existem duas classificações para sensores, os sensores analógicos, que é o sensor que pode assumir qualquer valor no seu sinal de saída ao longo do tempo, porém é necessário que este valor esteja dentro da sua faixa de operação (THOMAZINI & ALBUQUERQUE, 2005).

Já os sensores digitais assumem na saída apenas dois valores em um determinado período de tempo, “zero” ou “um” (ligado ou desligado), naturalmente não há nenhuma grandeza física que possa assumir estes valores, para poder obter esses valores na saída, é necessário converter essa grandeza física por meio de um circuito eletrônico transdutor (THOMAZINI & ALBUQUERQUE, 2005).

Sensor de Corrente 

Em meio aos sensores analógicos existem os sensores de corrente, que são transformadores que operam com os seus secundários aplicados sobre cargas de pequenas impedâncias, como, bobinas de corrente de relés, bobinas de aparelhos dinâmométricos e bobinas de corrente de amperímetro (SIMONE,1998).

Havendo a presença de um transformador de corrente (TC), inserido em um condutor do sistema, como indicado na figura 06, praticamente não se altera a corrente I1 do sistema, é imposta ao transformador independente de características de sua carga (JORDÃO, 2008).

SENSOR DE CORRENTE
SENSOR DE CORRENTEOLIVEIRA (2017)

Portanto, um transformador de corrente é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, a corrente que circula em um enrolamento primário com sua posição vetorial substancialmente mantida, em uma proporção capaz de ser medida e gerenciável (ELKOR TECHNOLOGIES INC., 2006).

Bandas de frequência 

A principal faixa de frequência utilizada para o sistema de telegestão é a frequência livre de 2.4 GHz (ANATEL, 2017). 

Basicamente, existem dois tipos de frequências de rádios com 2.4GHz, o primeiro e mais comum é o que usa Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), este sistema necessita que emissor e receptor estejam dentro de uma faixa fixa do espectro de frequências, o segundo é chamado de Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) e funciona com o transmissor e receptor constantemente mudando sua frequência de operação dentro dos limites disponíveis da banda de 2.4GHz.

Modulação. 

Há uma grande preocupação do ser humano, que é aperfeiçoar os sistemas de comunicação, com o objetivo de integrar as informações de forma eficiente para que haja uma “aldeia global”.

Conforme Gomes (2005), a modulação é um processo que se define por alterar uma característica da onda portadora, proporcionalmente ao sinal modulante. Comumente é definido como sinal modulante, o sinal de informação do sistema, já o sinal de alta frequência é conhecido como onda portadora. O resultado da interferência de um sinal sobre outro é conhecido como sinal modulado.

 Utilizando o princípio de modulação, podemos dividir os sistemas de comunicação em dois grandes grupos, como portadora senoidal (Analógica), e portadora um trem-de-pulsos (Digital) (GOMES, 2005).

Para a portadora analógica, é a portadora no qual pode-se alterar as características de amplitude e a frequência, gerando assim a modulação em amplitude – (Amplitude Modulation- AM) e a modulação em fase (Phase Modulation – PM) ou em frequência (Frequency Modulation – FM), a modulação em fase e modulação em frequência, por serem semelhantes são classificados como modulação angular (GOMES, 2005).

Para a portadora digital, além da amplitude, é possível alterar a largura e a posição relativa dos pulsos, não considerando que, por sua característica binária, admitem uma codificação digital. Sendo assim, a modulação digital pode ser feita de quatro formas básicas:

 PAM (Pulse Amplitude Modulation) – Modulação da Amplitude dos Pulsos.

 PWM (Pulse Width Modulation) – Modulação da Largura dos Pulsos.

 PPM (Pulse Position Modulation) – Modulação da Posição dos Pulsos.

 PCM (Pulse Code Modulation) – Modulação por Codificação dos Pulsos.

Modulação em fase e frequência 

 São modulações que se equivalem, no qual empregam a modulação angular, onde a modulação é realizada no ângulo da onda portadora e a amplitude do sinal permanece constante. Esse tipo de modulação faz com que o sinal modulante interfira diretamente no valor da velocidade angular instantânea do sinal modulado. Assim, não carregando a informação na amplitude, obtendo maior imunidade ao ruído nas transmissões (ARNDT, 2015).

A figura 07 mostra o efeito da modulação FM no sinal portador.

FM
FMARNDT (2015)

Modulação PAM – Modulação por amplitude de pulso. 

 Este tipo de modulação por pulsos define-se pelo produto entre o sinal de mensagem e um trem periódico de pulsos retangulares, a amplitude dos pulsos varia proporcionalmente aos valores amostrados do sinal contínuo de mensagem (OLIVEIRA, 2011). 

A figura 08 mostra o efeito deste produto entre o sinal de mensagem e o trem de pulso periódico.

PAM
PAMOLIVEIRA (2011)

Modulação PWM – Modulação por largura de pulsos. 

 A modulação por largura de pulsos faz com que mantenha a amplitude dos pulsos constantes e varia-se a sua largura proporcionalmente conforme os valores do sinal modulador, nos correspondentes instantes, assim ilustrados na figura 09 (OLIVEIRA, 2011). 

PWM
PWM OLIVEIRA (2011)

PPM – Modulação de posição por pulso.

 A modulação de posição por pulso, o pulso gerado tem a posição relativa ao seu tempo de ocorrência não modulado, no qual é variado de acordo com o sinal de mensagem (OLIVEIRA, 2011).

PPM
PPMOLIVEIRA (2011)

PCM - Modulação por Codificação dos Pulsos. 

A modulação PCM consiste em transformar um sinal analógico em uma sucessão de pulsos, que, pode admitir apenas dois níveis distintos, assim, permitindo sua codificação em um padrão binário. O código binário deve ser capaz de representar os valores amostrados do sinal modulante analógico (GOMES, 2005). Como é demonstrado abaixo na figura 11.

PCM
PCM VISHNUDHARAN (2015)

A figura 11 apresenta como é realizado a modulação via PAM, no qual lê o sinal senoidal em digital e envia para o destinatário desejado.

Modulação Bluetooth

   Este tipo de modulação utiliza o esquema de modulação por desvio de frequência gaussiana (GFSK), no qual consiste no período de largura de banda*bit igual a 0,5 (BT=0,5) e padrão de modulação ente 0,28 e 0,35. Neste tipo de modulação, o bit 1 é apresentado por um desvio positivo na frequência e o 0 é definido como desvio negativo (SVERZUT, 2005). 

O desvio mínimo da frequência de transmissão é igual a 1010 (binário), este valor de desvio não deve representar valor menor que + 80% da frequência de desvio associada à frequência de transmissão, que é igual a sequência 00001111, ou seja, o desvio de frequência mínimo não deve ser menor que 115KHz. Os dados são transmitidos a uma taxa de símbolos de 1Ms/s (Megassímbolos por segundo) (SVERZUT, 2005).

O erro é representado pela diferença de tempo entre o período de símbolo ideal e o tempo de cruzamento medido, deverá ser menor que +1/8 do período de um símbolo (SVERZUT, 2005).

Topologia de Rede 

É a topologia de redes que caracteriza de que jeito as redes de computadores estão interligadas, tanto do ponto de aspecto físico, como o lógico. A topologia física representa a que ponto as redes estão conectadas (arranjo físico) e o meio de acoplamento dos dispositivos de redes (nós). Já a topologia lógica refere-se à maneira com que os nós se comunicam através dos meios de transmissão (MACÊDO, 2012).

A topologia pode ser definida como a maneira pela qual os computadores são dispostos, como se conectam entre si e pela maneira com que os enlaces físicos e os nós de comutação estão organizados, determinando os caminhos físicos utilizáveis entre quaisquer estações conectadas nessa rede. Dessa maneira, a topologia de uma rede de computadores é derivada de diversos elementos, a partir das restrições nas capacidades dos equipamentos usados até às qualidades das topologias usadas (PINHEIRO, 2006).

Em última avaliação, a topologia da rede depende do projeto, da confiabilidade esperada e do seu esforço operacional. Ao se arquitetar uma rede, vários elementos precisam ser considerados, porém a forma de atividade dos nós é um dos mais essenciais (PINHEIRO, 2006).

Rede mesch 

Nas redes mesh, os nós, utilizam o padrão IEEE 802.11s1, formando uma rede em malha sem fio com transmissão em múltiplos saltos. Por ser uma rede de baixo custo e de possível implantação, é considerada uma saída ao dificuldade de popularização do acesso à Internet. (CARDOSO; MARQUES, 2012). 

Esta forma de rede é dinamicamente auto-gerenciável e auto-organizável, possuindo dois tipos de nós: os roteadores mesh e os clientes mesh. Os roteadores mesh, que possuem as utilidades de roteamento para preservar a rede em malha e formam o backbone da barga mesh, apresentam flexibilidade mínima e contem vários enlaces wireless com mais nós, roteadores e clientes, de maneira que a topologia consequente seja uma malha de enlaces. Posto isto, cada nó pode seguir diversos caminhos alternativos para um mesmo destino. Os roteadores mesh funcionam similarmente como gateways e bridges, garantindo o acoplamento com outras redes. (SANTOS; FIGUEIREDO; FERRAZ, 2006)

Mesh não é propriamente uma técnica, porém efetivamente um conceito. Uma rede mesh caracteriza-se por nós Wireless que se comunicam de modo direto com um ou mais nós sem a exigência de um ponto de acesso central. (MAIA, 2008)

Os protocolos da rede mesh determinam a melhor caminho automaticamente, podendo ser reconfigurados dinamicamente se um nó se torna inutilizável. Posto isto, o cliente envia mensagens no qual ela passa por um ponto de acesso, em seguida é enviada ao seu destino (CARDOSO; MARQUES, 2012)

MESCH
MESCH ()

Rede GSM 

Abreviatura para Global System for Mobile Communications ("Sistema Absoluto para Comunicações Material"), o GSM é uma técnica desenvolvida e abundantemente usada na Europa, e que não tardou para alcançar em países de outros continentes, até mesmo ao Brasil. Não por pouco, é a tecnologia móvel mais difundida da atualidade. (ALECRIM, 2017) 

O sistema GSM 900 utiliza dois conjuntos de frequências na banda dos 900 MHz , o primeiro nos 890-915MHz, empregado para as transmissões do terminal e o segundo nos 935-960MHZ, para as transmissões da rede. (OFICINA, 2017)

O procedimento empregado pelo GSM para gerenciar as frequências é uma associação de duas tecnologias, o TDMA (Time Division Multiple Access) e o FDMA (Frequency Division Multiple Access). O FDMA divide os 25 MHz disponíveis de frequência em 124 canais com uma largura de 200 kHz e uma amplitude de transmissão de dados na ordem dos 270 Kbps. (OFICINA, 2017)

Uma ou mais destas frequências é atribuída a cada estação base e dividida de novo, em termos de tempo, aplicando o TDMA, em oito espaços de tempo (timeslots). O terminal utiliza um timeslot para recepção e outro para envio. Eles encontram-se separados temporalmente para que o telemóvel não se encontre a obter e transmitir ao mesmo tempo. Esta divisão de tempo similarmente é chamada de full rate. As redes similarmente são capazes de dividir as frequências em 16 espaços, processo de designado de half-rate, porém a qualidade da transmissão é menor. (OFICINA, 2017)

A voz é codificada de uma maneira complexa, de modo a que equívocos na transmissão possam ser detectados e corrigidos. De seguida é enviada nos timeslots, cada um com uma duração de 577 milisegundos e uma amplitude de 116 bits codificados.Cada terminal possui ter uma agilidade de frequência, podendo deslocar-se entre os timeslots usados para transmissão, recepção e controle dentro de um frame completo. Ao mesmo tempo, um telemóvel verifica outros canais para ajustar se o sinal é mais forte e modificar a transmissão para os mesmos, caso a resposta seja afirmativa. (OFICINA, 2017).

Sistemas de Controle

Sistemas tem uma relação estreita com os sinais, podendo assim processá-los, alterar ou retirar deles informações. Portanto temos um conjunto de sinais como entrada e outro como saída. Um sistema pode ser construído com componentes mecânicos, hidráulicos e elétricos, sendo esta uma implementação física, ou pode ser um sistema implementado em software, sendo neste caso virtual. Circuitos elétricos podem ser analisados escrevendo as equações integro-diferenciais do sistema. O que nos permite posterior análise e resolução utilizando transformada de Laplace. (LATHI, 2007). 

O sistema por retroação ou controle de malha fechada é o sistema que há uma relação entre a saída e a referência de entrada por meio de uma comparação e usando a diferença entre eles como meio de controle, como pode ser visto na figura XX, havendo pouca diferença entre os dois se deve ao fato de haver ou não uma função atuando sobre o sinal de erro. Para então reduzir o erro e trazer a saída do sistema o valor desejado. (OGATA, 2002).

RETROAÇÃO EM MALHA FECHADA
RETROAÇÃO EM MALHA FECHADAAUTOMAÇÃO (2003)

Já o sistema de malha aberta é aquele, no qual não há nenhuma interferência do sinal de saída a entrada do sistema, conforme mostra a figura XX. (ARAUJO, 2007)

RETROAÇÃO EM MALHA ABERTA
RETROAÇÃO EM MALHA ABERTAAUTOMAÇÃO (2003)

Sistemas de Supervisão 

Sistemas de aquisição de dados e controle de dispositivos vêm sendo desenvolvidos para distintas áreas de desempenho, tanto industriais como científicas. O seu propósito é entregar ao observador os princípios das variáveis ou bases que estão sendo medidos. (MOTT, 2017). 

Os componentes físicos de um sistema de supervisão podem ser resumidos, de maneira simplificada, em sensores e atuadores, rede de comunicação, estações remotas (aquisição/controle) e de monitoração central. (SILVA; SALVADOR, 2004)

Para melhor explicação da figura XX, estas grandezas são “sentidas” por sensores ou transdutores e são convertidas em quantidades elétricas por condicionadores de vestígios que levam os vestígios até hardwares dedicados e os transformam em princípios digitais. Esses princípios são processados por controladores e de acordo com lógicas de controles devolvem a resposta processada aos atuadores (abc finais de controle). (CASSIOLATO, 2017)

SISTEMAS DE SUPERVISÃO
SISTEMAS DE SUPERVISÃOCASSIOLATO (2017)

DALI 

DALI é a Interface de Iluminação Endereçável Digital. Permite uma gestão fácil e inteligente dos equipamentos de iluminação. O protocolo DALI é gerido sob a norma IEC 62386 internacionalmente reconhecida e é promovido pelo grupo de trabalho DALI e parte da ZVEI - Associação Alemã de Fabricantes Eléctricos e Electrónicos. (ELEKTROINDUSTRIE, 2017).

DALI é um protocolo aplicado puramente ao controle de iluminação. Isso significa que o DALI não pode ser utilizado para moderar mais sistemas. No entanto, é efetivo para a compilação de informações como, tendo como exemplo, a situação de luminárias com irregularidade. Para isso, se faz bastante benéfico o seu interfaceamento com os sistemas da automatização do edifício no momento em que são fundamentais relatórios de supervisão remota e envio de ordens de serviço. Cada elemento na rede de DALI tem um, consequentemente é possível comunicar-se de modo direto com cada elemento. Com apenas um par do cabo de controle é permitido, ao DALI, moderar vários categorias distintos de aparelhos. O movimento de informação do sistema DALI é bidirecional. Em vez de apenas permitir comandos sobre o nível de luminosidade, o sistema DALI inclusive permite adquirir informações das condi- ções dos aparelhos. A fiação do DALI é simples: consiste somente em um cabo de dois fios simples entre as unidades no sistema. (TEIXEIRA, 2013).


MÉTODO EXPLORATÓRIo

Este capítulo apresenta as características do projeto proposto, no qual consistirá em dois protótipos (sensor e concentrador) que tem o objetivo de realizar o monitoramento de pontos de iluminação.

DETALHAMENTO DO SISTEMA ATUAL

Estudo de caso na Praça João Reinhold Joinville/SC

Localização da Praça

Detalhamento Elétrico 

Análise do método atual de detecção de falhas

Fluxo de execução e rotinas

Histórico das rondas 
problema do carteiro chines

Medição de energia
Custos estimados

Horas trabalhadas; Tabelas demonstrativas custos fixos e variáveis; fiscalização; tempo de atendimento; custos operacionais gerais (combustível, epis, salario operador etc.)

DETALHAMENTO DO SISTEMA PROPOSTO

Projeto elétrico atualizado (Como ficaria instalado o concentrador e sensores?)

Esquemático do sistema 

O projeto se define em duas partes, o protótipo sensor e o protótipo concentrador, o protótipo sensor no qual enviará os dados de corrente para o protótipo concentrador, e o protótipo concentrador reunirá as informações recebidas. Os dois módulos utilizam comunicação RF com modulação PWM. A figura 16 abaixo demonstra como o protótipo se comportará em campo.

Esquemático Proposto
Esquemático PropostoAdaptado de ()

Primeiro os nós de sensores irão coletar as informações se o poste está funcionando ou não, essa informação será enviada ao nó concentrador que destinará as mesmas para um endereço na internet que será possível acompanhar a situação de cada nó. 

Fluxo de execução e rotinas 

Para demonstrar de forma clara, cada etapa do processo do projeto foi realizado um fluxograma, conforme segue a figura 17 abaixo.

Fluxograma do projeto
Fluxograma do projetoOs Autores (2017).

Primeiro é necessário verificar se o ponto de iluminação está ligado ou não, após essa verificação, será iniciado a leitura de corrente pelo protótipo, depois dessa etapa é fundamental checar se o sinal enviado está correto ou não utilizando um loop verificação de sinal, se estiver correto é registrado para poder ser visualizado via monitoramento remoto, se não é solicitado para o nó sensor reenviar a informação até o nó concentrado receber a informação correta para fazer o registro da corrente lida.

Comunicação sem fio

A comunicação sem fio entre equipamentos está se popularizando a cada dia mais, devido a facilidade que ela fornece, podendo controlar ou gerenciar sistemas a longo alcance, utilizando sistemas via rádio, bluetooth e infravermelho.

Módulos Xbee.

Para o projeto proposto será utilizado o módulo Xbee, que proporciona a possibilidade de enviar dados via radiofrequência com modulação PWM e também criando uma rede mesh ou ponto-a-ponto, conforme necessidade do projeto.

Este componente se comporta como um transceptor wireless, ou seja, permite receber e enviar dados sem fio.

As especificações técnicas do módulo estão descritas abaixo, conforme a tabela 02.

Datasheet Xbee
  
  
  
  
  
  
  
  
  
Adaptado e Tradução de ()

O módulo xbee, no projeto, terá a função de receber a informação do sensor de corrente e transmitir para o concentrador via radiofrequência.

Sensores

Sensores de corrente

O sensor de corrente utilizado no projeto é o sensor de corrente não invasivo, onde permite a não alteração do sistema existente. Conforme a figura 18 demonstra abaixo o dimensional do sensor utilizado no projeto.

Sensor de Corrente Não Invasivo
Sensor de Corrente Não Invasivo ()

As características técnicas do sensor são apresentadas na tabela 03.

Características Técnicas do Sensor Não Invasivo
  
  
  
Adaptado de ()

Conforme a tabela 03 demonstra a saída do sensor escolhido é em tensão de 0 a 1 V, facilitando a transformação da corrente em informação, para ser enviado pelo módulo xbee.

Concentrador

O protótipo concentrador é quem fará a validação e registro dos dados para poder realizar o monitoramento remoto dos pontos de iluminação.

Modem

Para poder enviar os dados registrados pelo concentrador a um endereço de IP, se faz necessário utilizar um modem 3g. Assim, permitindo o arduino enviar os dados para o site criado com o objetivo de monitoramento remoto.

Drive

Para ser o cérebro do sistema será utilizado a placa arduino, que é uma placa aberta com o processador ATMega, que possibilita a programação de forma otimizada do sistema.

Tipo da rede sem fio.

O módulo xbee permite criar uma rede mesh no qual consiste em nós wireless que determinam o melhor caminho para envio dos dados no sistema, conforme mostra a figura XX abaixo.

Rede Mesh
Rede Mesh ()

A rede mesh permite um sistema robusto e maleável para o sistema proposto, devido a capacidade de adotar vários caminhos para enviar a mesma mensagem.

Tela de supervisão

Para monitorar o sistema, será utilizado um link na internet, no qual disponibilizará um botão para download de um arquivo excel que constará a hora de medição e corrente medida registrados até o momento do download. A página na internet foi criada exclusivamente para o projeto em linguagem html, a figura 19 abaixo mostra um trecho da programação realizada.

Trecho de Programação HTML
Trecho de Programação HTMLOs Autores (2017).

Ao finalizar a programação do site, foi hospedado em domínio gratuito, assim ficando com o link "http://tcceel.pe.hu". A figura 20 demonstra o site em sua versão final.

Versão Final do Site para Gerenciamento Remoto
Versão Final do Site para Gerenciamento RemotoOs Autores (2017).

Conforme é apresentado na figura 20, o site contém o horário que foi acessado e um botão para download das leituras realizadas pelo protótipo. 

Protótipo final

O protótipo final consta com os módulos xbee, sensores de corrente não invasivo, placas arduino e um modem 3g para envio dos dados para a internet.

Custos totais da aplicação

Tabela de Custos
  
  
  
  
  
  
Os Autores (2017).

RESULTADOS

Testes elétricos

instalação do sistema

ANÁLISE DAS INTERVENÇÕES MONITORADAS

  • Tempo de atendimento
  • Reclamações clientes
  • Custos totais

CONCLUSÃO

Sistemas de controle bem dimensionados e que possibilitem uma telegestão podem ser a solução para esses municípios, visto que podem atuar de forma segura na manutenção e controlar todo o sistema a fim de se obter uma grande eficiência energética, sempre implantando materiais e equipamentos condizentes com a necessidade.

A telegestão busca facilitar a manutenção e o controle dos pontos de iluminação de forma que acelere os diagnósticos através da aquisição de dados relativos aos componentes utilizados na instalação, sendo possível analisar diversas variáveis.

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