Projeto do Subsistema de Energia

O subsistema de energia no projeto "We Drink", é responsavel pela alimentação de todos os demais subsistemas, visando garantir a eficiência energética e a capacidade de operação. O projeto envolve um sistema de alimentação, com a própria rede elétrica com tensão de 220V, conhecido como "on grid", entretanto também será acoplado um sistema de suporte semelhante a um nobreak para garantir a entrega de energia caso tenha queda da conexão, visando garantir a segurança do equipamento.

1. Levantamento de carga

Com o intuito de determinar as características energéticas do projeto, realizou-se uma análise do consumo estimado dos dispositivos. Para uma margem de segurança foi adicionado 30% sobre a potência total do projeto. Assim, temos o levantamento:

Componente	Qtd	Corrente [A]	Tensão [V]	Potência [W]
Mini Bomba Submersível p/ água	3	1,50	12,00	54,00
ESP32	1	0,24	5,00	1,20
Sensor de Reflexão de Fotodiodo	1	0,020	5,00	0,1
Modulo Sensor Ultrassônico	1	0,015	5,00	0,075
Potência Total [W]				55,375
Potência Total com 30% [W]				71,99

Tabela 1: Levantamento de carga.

2. Sistema Nobreak

Um nobreak, ou UPS (Uninterruptible Power Supply), é um dispositivo projetado para fornecer energia elétrica de forma contínua e estável, mesmo durante quedas de energia ou oscilações na rede elétrica. Ele funciona como um intermediário entre a tomada e os dispositivos conectados, utilizando uma bateria interna para garantir o fornecimento de energia quando a fonte principal falha. Durante o funcionamento normal, o nobreak monitora constantemente a qualidade da energia que vem da rede elétrica e, se detectar variações como picos, quedas ou interrupções, entra em ação automaticamente, comutando para sua bateria sem interrupção perceptível. Além disso, muitos modelos incluem estabilizadores e filtros que regulam a tensão e eliminam ruídos elétricos, protegendo equipamentos sensíveis contra danos e assegurando um fornecimento de energia confiável.

O nobreak, é essencial no desenvolvimento de projetos eletrônicos, onde interrupções na alimentação elétrica podem comprometer o progresso e o funcionamento do projeto. Durante o desenvolvimento, equipamentos sensíveis, como placas de controle, bombas de pressão e sensores de medição, precisam de uma fonte de energia estável para operar corretamente. Uma queda de energia inesperada pode não apenas atrasar e comprometer o projeto, mas também causar danos a dispositivos eletrônicos, perda de dados importantes e falhas. Além disso, muitos projetos eletrônicos demandam longas horas de operação contínua, e a falta de energia pode interromper experimentos ou processos que requerem estabilidade ininterrupta.

A utilidade de um nobreak vai além da simples proteção contra quedas de energia. Ele também regula a tensão elétrica, prevenindo danos causados por picos ou variações na rede elétrica. Além disso, o nobreak oferece tempo suficiente para salvar arquivos e desligar equipamentos de forma segura em caso de falhas mais prolongadas, minimizando riscos. Para projetos que envolvem microcontroladores ou sistemas embutidos, um nobreak garante que os dispositivos funcionem de maneira ininterrupta durante o desenvolvimento e a fase de testes, assegurando resultados consistentes e confiáveis. Assim, o nobreak se torna uma ferramenta indispensável para projetos eletrônicos de forma séria e eficaz.

Na concepção inicial do projeto foi desenvolvida a estratégia de utilizar um nobreak com bateria interna e entrada para uma bateria externa caso fosse necessário maior tempo de duração da energia. Dito isso o Nobreak escolhido foi o ATTIV SEG BI+ da Intelbras, uma das maiores fabricantes de eletrónico nacional, que poderá suprir nossas necessidades.

Durante a execução do projeto, houve uma alteração na concepção inicial. Em vez de utilizarmos um nobreak comercial, que atenderia às nossas necessidades, mas apresentaria um custo elevado, optamos pelo desenvolvimento de um sistema alternativo. Esse sistema opera de forma semelhante a um nobreak, sendo composto por um relé, resistores, díodos e um interruptor. Sua principal função é assegurar a continuidade do fornecimento de energia em caso de falha na rede elétrica. Quando ocorre uma interrupção, o relé automaticamente altera o circuito, permitindo que a bateria assuma a alimentação da máquina, interrompendo simultaneamente seu carregamento. Além disso, o sistema conta com um interruptor para o controle geral da máquina.

Figura 1 - Sistema.

3. Bateria Externa

A utilização de uma bateria é imprescindível para o funcionamento de um sistema nobreak, fornecendo energia quando ocorrer queda de energia da rede. Entende-se que a máquina não pode sofrer diretamente com a queda de energia, utilizando uma bateria externa poderemos manter seu funcionamento por mais alguns minutos antes de sua interrupção.

Para a escolha da bateria devemos avaliar a possibilidade e os tipos disponiveis.

Tipo de Bateria	Vantagens	Desvantagens
Chumbo-Ácido	Custo Baixo; Alta capacidade de corrente; Robustez.	Peso elevado; Vida útil curta; Necessidade de manutenções regulares nos contatos.
Níquel-Hidreto Metálico	Boa capacidade; Menor toxicidade; Reduz efeitos memória.	Autodescarga rápida; Custo elevado; Sensibilidade ao calor.
Íon de Lítio	Alta densidade energética; Baixa autodescarga; Sem efeito memória.	Custo elevado; Necessidade de gerenciar temperatura.
Lítio-Polímero	Maior flexibilidade e portabilidade; Leveza; Alta densidade energética.	Custo muito elevado; Vida útil limitada; Sensibilidade elevada a choques mecânicos.

Por questões de custo-benefício e usabilidade, foi escolhida a bateria de tipo chumbo ácido com saída de tensão de 12V e capacidade de 7Ah. Considerando que tal bateria possui uma energia disponivel de 84Wh, entretanto é comum baterias perderem eficiência durante sua vida, assim iremos assumir que temos uma energia disponível de 90%, ou seja, 75,6Wh.

Figura 2 - Bateria.

Com base na potência do projeto, que é de 71,99 W, podemos determinar o tempo de autonomia do sistema. Esse tempo será dado pela relação entre a energia disponível na bateria e o consumo energético do projeto.

Tempo de Funcionamento = Energia Disponível da Bateria / Potência do Projeto Tempo de Funcionamento = 75,6Wh / 71,99W = 1,03h

Assim concluímos que nosso sistema pode suportar a máquina por aproximadamente 1 hora, suficiente para um bom funcionamento extra.

Referências Bibliográficas

[1] Ficha Técnica - EB 1260, disponível no site do fabricante.

[2] Ficha Técnica - ATTIV SEG BI+, disponível no site do fabricante.

[3] ABNT NBR 14136: PLUGUES E TOMADAS

[4] Ficha Técnica - EB 1236, disponível no site do fabricante.

Tabela de versionamento

Versão	Data	Descrição	Responsável
1.0	18/11/2024	Criação do documento	Patrick Moeljoredjo
1.1	19/11/2024	Escrita do Levantamento de Carga	Enzo Simas
1.2	21/11/2024	Escrita Nobreak	Enzo Simas
1.3	22/11/2024	Modificação de texto para padronização	Patrick Moeljoredjo
1.4	23/11/2024	Revisão de Textos	Patrick Moeljoredjo
1.5	24/11/2024	Ajustes e Imagens	Enzo Simas
1.6	24/11/2024	Revisão e Edição Final PC1	Enzo Simas
1.7	24/11/2024	Correções de formatação de Layout	Guilherme Brito
1.8	12/01/2025	Ajustes de Cálculos e Mudanças no Texto	Enzo Simas
1.9	18/02/2025	Ajustes e Edição Final para PC3	Enzo Simas