% Template for submitting a manuscript to the Journal of Engineering of Catholic University of Petropolis.
% version 1.a dated 17 October 2016.

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\title{Desenvolvimento de Um Protótipo de Sistema de Monitoramento de Energia Elétrica Via Internet}

\author[1,*]{First A. Author}
\author[1,2]{Second B. Author}
\author[3]{Third C. Author}
\begin{comment}
\author[1,2,*]{Bruno A. S. Oliveira}
\author[1,2]{Servílio S. Assis}
\author[2]{Carlos R. Nolli}
\end{comment}
%
\affil[1]{Department of Engineering and Computation, Catholic
University of Petrópolis , Petrópolis, 25685-070, RJ,  Brazil}
%
\affil[2]{National Laboratory of Computing Science, Av. Getúlio Vargas, 333,
Petrópolis, 25651-075, RJ, Brazil}
%
\affil[3]{Department of Civil Engineering, Pontifical Catholic
University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 25651-075, RJ, Brazil }

\begin{comment}

\affil[1]{Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - Universidade Federal de Minas Gerais - Av. Antônio Carlos 6627, 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil}

\affil[2]{Departamento de Engenharia e Computação - Instituto Federal de Minas Gerais - Rodovia Bambuí/Medeiros, Km 05 - Faz. Varginha, 38900-000, Bambuí, MG, Brasil}

\end{comment}

%% NOTE: IF ALL AUTHORS BELONG TO THE SAME AFFILIATION
%% USE THE `\voidaffil' MACRO FOR THE AFFILIATION CODE.
%% Example:
%% \author[\voidaffil]{First A. Author}
%% \author[\voidaffil]{Second B. Author}
%% \author[\voidaffil]{Third C. Author}
%% \author[\voidaffil]{Fourth D. Author}
%% %
%% \affil[\voidaffil]{CEC, Department of Engineering and Computation,
%%Petrópolis Catholic University, Petrópolis, 25.685-070, RJ, Brazil}

\begin{document}
\pagestyle{empty}
\linenumbers
\vspace{3cm}
\maketitle

%E-mail Addresses: Put here!
\let\oldthefootnote\thefootnote
\renewcommand{\thefootnote}{\fnsymbol{footnote}}
\footnotetext[1]{E-mail address: \url{ email@gmail.com}}
\footnotetext[0]{E-mail addresses: \url{ email@gmail.com}\textsuperscript{*},\url{email@gmail.com}, \url{email@gmail.com}}
\let\thefootnote\oldthefootnote

\begin{comment}
\footnotetext[1]{E-mail address: \url{ brunoalbertobambui@gmail.com}}
\footnotetext[0]{E-mail addresses: \url{ brunoalbertobambui@gmail.com}\textsuperscript{*},\url{servilio.souza@gmail.com}, \url{renatonolli@gmail.com}}
\let\thefootnote\oldthefootnote
\end{comment}

\begin{keywords}
Aplicação Web, Medidor de consumo de energia elétrica, Sistema de monitoramento.
\end{keywords}

\begin{abstract}
Os gastos com o consumo de energia elétrica podem possuir um valor significativo na conta mensal para consumidores residenciais e gestores de empresas ou indústrias. O Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais - \textit{campus} Bambuí é uma instituição de ensino público que destina de seu orçamento, aproximadamente, 40 mil reais mensais para o pagamento da conta de energia. No trabalho proposto, é apresentado um sistema de monitoramento, via \textit{internet}, do consumo de energia elétrica do sistema de ar-condicionado de um dos laboratórios de informática do IFMG - \textit{campus} Bambuí. O setor escolhido para a instalação é justificado pelo fato de que, frequentemente, o ar-condicionado fica ligado sem nenhuma utilização, gerando desperdício de energia elétrica. Para tal, foi utilizado na construção do equipamento de medição um Arduino, um sensor de corrente e uma \textit{Ethernet Shield}. O  \textit{hardware} envia as medições para uma aplicação  \textit{Web} desenvolvida. O medidor de energia elétrica foi validado e os resultados obtidos apresentam precisão nas medidas, além de proporcionar ao usuário a análise gráfica e detalhada das medições realizadas. Futuramente, propõe-se desenvolver novos medidores baseados no protótipo desenvolvido neste trabalho, para serem instalados em outros setores da instituição.
\end{abstract}




%----------------------------------------------------------------------------------------
%	ARTICLE CONTENTS
%----------------------------------------------------------------------------------------



\section{ Introdução}

	A energia elétrica vem sendo no Brasil, desde que surgiu em 1880, uma importante fonte para o crescimento tanto das organizações como também para a sobrevivência dos indivíduos. Segundo \cite{gomes2009}, o início da utilização da energia elétrica no Brasil foi limitado a alguns serviços públicos e à atividade fabril. A partir daí, começou a se ter, cada vez mais, a necessidade da utilização da energia elétrica. De acordo com \cite{lima1983}, a capacidade instalada de energia elétrica no Brasil, de 1890 a 1930, aumentou cerca de 62 mil por cento, no intuito de atender às necessidades do país.

	Conforme \cite{martins1999}, o aumento do consumo de energia elétrica está diretamente ligado aos danos ambientais que são causados pelas usinas hidrelétricas. Além disso, as instalações de distribuição que são para conseguir fornecer a população toda sua demanda necessária, também geram impacto ambiental.
    
%	O valor que o consumidor de energia elétrica irá pagar ao fim do mês depende de vários fatores, como o seu consumo total e a situação de produção de energia elétrica do país, o qual depende de condições políticas e ambientais, e de acordo com esses fatores, é definido uma bandeira tarifária para o referido mês.
    
	Os medidores de energia elétrica que são instalados pelas concessionárias, em grande parte, não possuem indicadores de controle para um consumo eficiente de energia elétrica. Acredita-se que medidores de energia elétrica que possam manter atualizados os consumidores frequentemente, possam, também, auxiliar na tomada de decisão e amenizar o problema do desperdício de energia elétrica \cite{pascalicchio2011}.
    
	Atualmente, o Brasil vem passando por uma forte crise econômica, e em consequência disso, a educação do país vem sofrendo grandes cortes de verba, fazendo-se necessário maiores estudos na área da economia e desperdícios de qualquer meio público. Sendo assim, esta pesquisa se faz presente em uma instituição pública e tem como justificativa a possibilidade de auxiliar na tomada de decisão do gestor visando diminuir o desperdício de energia elétrica no IFMG (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas gerais) - \textit{campus} Bambuí.
    
    O valor da conta de energia elétrica gasto no IFMG - \textit{campus} Bambuí é de aproximadamente 40 mil reais mensais, conforme ilustra o gráfico da Figura \ref{figura:grafico_ifmg}. O gráfico foi gerado de acordo com os dados fornecidos pela Diretoria de Administração e Planejamento do \textit{campus}, a qual é a responsável por este gerenciamento.

\begin{figure*}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.8\linewidth]{figuras/grafico_ifmg}
\caption{Gráfico do valor mensal da conta de energia elétrica do IFMG - \textit{campus} Bambuí no ano de 2017}\label{figura:grafico_ifmg}
\end{figure*}

A Figura \ref{figura:horario_pico} ilustra o consumo da conta de energia elétrica mensal do IFMG - \textit{campus} Bambuí no ano de 2017, durante o horário de pico, que é entre as 18h e 21h, em que o custo da energia é maior do que no resto do dia.

\begin{figure*}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.8\linewidth]{figuras/horario_pico}
\caption{Gráfico do consumo mensal da conta de energia elétrica do IFMG - \textit{campus} Bambuí, no ano de 2017, em horário de pico}\label{figura:horario_pico}
\end{figure*}

%\begin{figure*}[htb]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Gráfico do consumo mensal da conta de energia elétrica do IFMG - \textit{campus} Bambuí, no ano de 2017, em horário de pico.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=1\textwidth]{figuras/horario_pico}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: IFMG (2017) }
%	\label{figura:horario_pico}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

Na Figura \ref{figura:horario_fora_pico} é apresentado o consumo da conta de energia elétrica mensal do IFMG - \textit{campus} Bambuí no ano de 2017, fora horário de pico, o que corresponde ao período fora do intervalo entre 18h e 21h.

\begin{figure*}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.8\linewidth]{figuras/horario_fora_pico}
\caption{Gráfico do consumo mensal da conta de energia elétrica do IFMG - \textit{campus} Bambuí, no ano de 2017, em horário fora de pico}\label{figura:horario_fora_pico}
\end{figure*}

Através dos gráficos nas figuras \ref{figura:horario_pico} e \ref{figura:horario_fora_pico}, é possível verificar que aproximadamente 10\% da potência utilizada mensalmente está presente no horário de pico. Assim, utilizar mecanismos de controle apenas nesse horário já seria suficiente para contribuir com uma diminuição significativa da potência total consumida em cada mês. Outra informação que pode ser verificada através dos gráficos, é que o consumo de energia é maior em período de atividades acadêmicas e menor em período de férias escolares.


%Devido ao alto consumo de energia elétrica do \textit{campus}, é evidente a importância de um sistema que seja capaz de monitorar essa demanda de energia, buscando uma alternativa que não seja o medidor convencional da concessionária responsável por prover a energia elétrica para a instituição, uma vez que estes equipamentos não proporcionam uma visão detalhada do consumo para os gestores.

%Ao se monitorar a demanda de energia, os responsáveis poderão evitar multas provindas do excesso de gastos em determinado horário, além de descobrirem quais os setores da instituição que necessitam de um estudo mais aprofundado. Essas medidas ainda visariam  minimizar os gastos naquele determinado local.
    
%Facilitar a gerência do consumo de energia elétrica de maneira racional e sustentável, com o usuário tendo o privilégio de acompanhar esse gasto energético de onde quer que ele esteja, ou em qualquer horário, necessitando apenas que o mesmo possua um dispositivo que tenha acesso à internet, é mais  um ponto essencial para a elaboração deste trabalho.
    
%Além dessas vantagens, com a solução proposta, seria possível ao gestor identificar problemas de medição com o medidor de energia convencional utilizado pela concessionária, além de ser factível encontrar aparelhos que apresentem mau funcionamento e estão consumindo mais energia do que deveriam, não estando de acordo com o que é especificado em sua documentação.

%Para a realização deste estudo, um dos fatores motivacionais existentes é a possibilidade da redução de energia elétrica em uma instituição de educação pública, na qual com o desperdício amenizado, será possível o investimento financeiro em outros setores da entidade.
    
%Outro fator motivador é a redução nos impactos ambientais causados pelo desperdício de energia elétrica, uma vez que o IFMG - \textit{campus} Bambuí é uma instituição de ensino pública e deve contribuir com questões de educação ambiental. Além disso, haverá a possibilidade de intervir na má utilização dos sistemas de ar-condicionado do IFMG - \textit{campus} Bambuí, visto que, frequentemente, o sistema é utilizado sem necessidade, causando o desperdício de energia elétrica.
    
No intuito de amenizar o gasto de energia elétrica no IFMG - \textit{campus} Bambuí, a proposta deste trabalho se dá no desenvolvimento de um protótipo a ser instalado no circuito elétrico da Coordenadoria de Gestão de Tecnologia da Informação, que é o local onde está ligado o sistema de ar-condicionado de um dos vários laboratórios de informática contidos no \textit{campus}.
    
Com o medidor de energia elétrica instalado, é possível, via \textit{internet}, visualizar o consumo e a corrente elétrica gasta simultaneamente e em tempo real, além da possibilidade da visualização de gráficos e relatórios mensais, semanais, diários, por hora, e em determinado período definido pelo usuário.

\section{ Referencial teórico}

%\subsection{ IFMG - \textit{campus} Bambuí}

%O Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do estado de Minas Gerais é uma instituição pública de ensino que oferece educação superior, básica e profissional, de forma pluricurricular. O colégio foi fundado em 1968, na zona rural da cidade de Bambuí, no estado de Minas Gerais.
    
%A instituição atualmente conta com a concessionária CEMIG como sua provedora de energia elétrica, utilizando a rede trifásica na instalação. Em cada fase, a tensão de linha é de 220 volts e existem ao total quinze transformadores espalhados pelo \textit{campus}, sendo que cada um deles é responsável por um setor em específico, como a oficina, posto de vendas, fábrica de ração, laticínio, abatedouro, processamento de frutas, entre outros. A Figura \ref{figura:geral} ilustra o diagrama unifilar simplificado da instituição, demonstrando o caminho realizado pela energia elétrica até chegar a CGTI. 

%\begin{figure*}[htb]
%\centering
%\includegraphics[width=0.4\linewidth]{figuras/geral}
%\caption{Diagrama unifilar simplificado do IFMG - \textit{campus} Bambuí}\label{figura:geral}
%\end{figure*}

%\begin{figure*}[ht]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Diagrama unifilar simplificado do IFMG - \textit{campus} Bambuí.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[angle =90, width=0.85\textwidth]{figuras/geral}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:geral}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

\subsection{ Cálculo do valor da conta de energia elétrica}

O cálculo do valor da conta de energia elétrica varia de acordo com a concessionária de energia e com a região específica. No município de Bambuí-MG, a concessionária responsável pelo fornecimento de energia elétrica é a CEMIG, que foi utilizada como referência para os cálculos na realização deste trabalho.

A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estabelece que toda concessionária de energia elétrica deve expressar suas tarifas em forma de $\frac{R\$}{kWh}$ (reais por quilowatt-hora), mas, segundo \cite{brasilia2014}, esse valor não representa a totalidade do preço a ser pago, uma vez que tributos e elementos como ICMS, Taxa de Iluminação Pública e Encargo de Capacidade Emergencial ficam fora desse valor final.

O \textit{quilowatt}-hora é uma unidade de medida de energia empregada na designação do consumo de instalações elétricas. Ela é a principal variável no cálculo do valor da fatura de energia, pois relaciona as grandezas de consumo e tempo. Como exemplo de cálculo, a tabela \ref{tabela:gastos_fatura_exemplo} apresenta os valores faturados e encargos relacionados que compõe a fatura de energia elétrica referente ao mês de outubro de 2017 do instituto.

\begin{table}[ht]
\centering
\begin{threeparttable}
\caption{Gastos com consumo de energia elétrica - Outubro/2017 - IFMG \textit{campus} Bambuí}
\label{tabela:gastos_fatura_exemplo}
\begin{tabular}{l|c|c|c}
\hline
\multicolumn{4}{c}{Valores Faturados} \\
\hline
\textbf{Descrição} & \textbf{Quantidade} & \textbf{Tarifa/Preço} & \textbf{Valor (R\$)}\\
\hline
Demanda Ativa kW HFP/Único   & 200 & 14,66100571 & 2.932,16 \\	
Energia At kWh HFP/Ún Amarela & 65.760 & 0,38226085 & 25.137,46 \\
Energia At kWh HFP/Ún Vermelha & 1.920 & 0,40216266 & 772,14 \\
Energia Ativa kWh HP Amarela & 7.680 & 1,64871965 & 12.662,14 \\
Energia Reativa kWh HFP/Único & 240 & 0,32685419 & 78,42 \\
\hline
\multicolumn{4}{c}{Encargos/Cobranças} \\
\hline
\multicolumn{2}{c}{\textbf{Nome}} & \multicolumn{2}{c}{\textbf{Valor (R\$)}} \\
\hline
\multicolumn{2}{c}{PAS/COF Demanda Não Utilizada} & \multicolumn{2}{c}{-3,38} \\
\multicolumn{2}{c}{Imposto Retido - IRPJ} & \multicolumn{2}{c}{-498,37} \\
\multicolumn{2}{c}{Imposto Retido - PIS/PASEP} & \multicolumn{2}{c}{-269,96} \\
\multicolumn{2}{c}{Imposto Retido - COFINS} & \multicolumn{2}{c}{-1.245,94} \\
\multicolumn{2}{c}{Imposto Retido - CSLL} & \multicolumn{2}{c}{-415,31} \\
\multicolumn{2}{c}{ICMS Demanda não utilizada(BC -R\$ 263,86)} & \multicolumn{2}{c}{-47,49} \\
\hline
\multicolumn{4}{c}{Adicional de bandeiras} \\
\hline
\multicolumn{2}{c}{\textbf{Nome}} & \multicolumn{2}{c}{\textbf{Valor (R\$)}} \\
\hline
\multicolumn{2}{c}{Bandeira Amarela} & \multicolumn{2}{c}{1.960,69} \\
\multicolumn{2}{c}{Bandeira Vermelha} & \multicolumn{2}{c}{77,22} \\
\hline
\multicolumn{3}{c}{Total} & \multicolumn{1}{c}{R\$ 39.101,87} \\
\hline

\hline

 \end{tabular}
\end{threeparttable}
\end{table}

%\subsection{ Medidores de energia elétrica}
%O medidor de energia elétrica é um dispositivo utilizado, principalmente, pelas provedoras de energia elétrica, as quais  utilizam essa ferramenta para medir o consumo dessa grandeza. Criado em 1888 por Oliver Shallenberger, este produto pode ser encontrado em grande parte das residências e indústrias de todo o mundo \cite{silva2010}.

%Atualmente, no mercado existem dois tipos de medidores de energia elétrica: o eletromecânico (equipamento eletrônico), e o medidor que é puramente eletrônico. O primeiro utiliza o princípio da indução eletromagnética, e o segundo, é composto por diversos circuitos integrados \cite{nbr14519}.
    
%\subsection{ Sistemas embarcados}
%De acordo com \cite{filho2009}, sistemas embarcados são dispositivos que estão presentes diariamente em nossas vidas, ainda  que não constatemos sua presença. Esses equipamentos são dedicados a uma tarefa específica e utilizam sensores e atuadores para que possam interagir com o ambiente.

%Um sistema embarcado pode ser definido como sistemas de processamento digital que possuem um \textit{software} de controle específico, mais conhecido como \textit{firmware}. Este programa é armazenado dentro da memória do circuito eletrônico que, por sua vez, é empregado em grande parte dos aparelhos eletrônicos da atualidade \cite{filho2009}.
    
%\subsubsection{ Arduino}

%Com o objetivo de desenvolver uma ferramenta que fosse capaz de controlar projetos e protótipos já construídos, surge na Itália, no ano de 2005, o primeiro conceito sobre Arduino. Algumas vantagens desse dispositivo em relação às demais plataformas disponíveis no mercado é o seu baixo custo e também por ser do tipo \textit{open-source}. A plataforma Arduino tem diversas aplicações, principalmente nas áreas de automação e robótica \cite{silva2014}.

%Segundo \cite{deshmukh2005}, é possível agregar ao Arduino variados tipos de componentes eletrônicos direcionados e programados para algum fim específico. O microcontrolador embutido na placa é o ATMEGA, que é o responsável por controlar o fluxo de informações através do software utilizado. Na Figura \ref{figura:arduino} é apresentado a placa Arduino.

%\begin{figure*}[htb]
%\centering
%\includegraphics[width=0.6\linewidth]{figuras/arduino}
%\caption{Placa Arduino UNO R3}\label{figura:arduino}
%\end{figure*}

%\begin{figure*}[ht]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Placa Arduino UNO R3.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=0.4\textwidth]{figuras/arduino}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: Arduino (2017) }
%	\label{figura:arduino}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

%A linguagem de programação utilizada para o desenvolvimento dos \textit{softwares} que irão gerenciar o Arduino é a C/C++, que conta com as funções disponíveis da linguagem, além de algumas alterações específicas para a plataforma \cite{deshmukh2005}.

%A placa Arduino possui uma grande variedade de modelos e, um deles é o Arduino UNO R3, que é composta pelo microprocessador Atmel AVR, um oscilador, que é o responsável por controlar os pulsos enviados em uma determinado frequência específica e um regulador linear de 5 volts \cite{mcroberts2011}.

%Atualmente, são inúmeros os projetos desenvolvidos com a plataforma Arduino e sua variedade é tamanha que esta placa está presente tanto em projetos acadêmicos quanto industriais. Suas aplicações vão desde a automação completa de sistemas elétricos residenciais até a construção de robôs controlados remotamente.

\subsection{  \textit{Internet} das coisas}
Com os avanços da tecnologia, sistemas embarcados, microeletrônica, comunicação e sensoriamento, surge-se um novo conceito: a \textit{Internet} das Coisas (do inglês \textit{Internet of Things} (IoT)). Atualmente, ela é uma das principais novidades tanto na academia quanto na indústria devido a sua potencialidade de aplicação nas mais diversas áreas das atividades humanas. 

Segundo \cite{santos2016}, \textit{internet} das coisas é: "\textit{uma extensão da Internet atual, que proporciona aos objetos do dia-a-dia (quaisquer que sejam), mas com capacidade computacional e de comunicação, se conectarem à Internet}”. A conexão de objetos e ferramentas com a rede mundial de computadores proporcionará um grande avanço e uma revolução na sociedade. Contudo, vários aspectos devem ser observados nessa nova tecnologia, e um deles é a segurança contra ataques de indivíduos mal-intencionados. 

\cite{mattern2010} afirmam que ao se utilizar o termo "\textit{Internet}" é possível fazer uma analogia com o termo "\textit{Web}", utilizado, frequentemente, nos dias atuais. Isso implica que, em breve, as "coisas" estarão todas conectadas através da \textit{internet} e que poderão compartilhar recursos entre si, tornando-se objetos inteligentes.  
    
%\subsection{ Aplicações \textit{Web}}
%Uma aplicação \textit{Web} é um programa de computador que está armazenado em uma máquina de servidor remoto, e que pode ser acessada através de um navegador \textit{Web} instalado em uma máquina cliente com acesso à \textit{Internet} \cite{nations2014}.
    
%Com o aumento da demanda de dados e a necessidade de se ter acesso à informação de qualquer parte do mundo, é de extrema importância uma aplicação que possa permitir ao usuário ou administrador de sistema uma aplicação que o proporcione utilizar esses recursos, por meio do uso da \textit{Internet}.
    
%\subsubsection{ PHP (\textit{Hypertext Preprocessor})}
%A linguagem de pré-processamento de hipertexto (PHP) foi desenvolvida em 1994 por Rasumus Lerdorf e tinha como principal objetivo rastrear visitantes em sua aplicação desenvolvida \cite{ullman2001}.

%A linguagem de programação PHP é uma linguagem \textit{script} de código aberto e amplamente utilizada em aplicações para \textit{Web}. Os \textit{scripts} do PHP são executados pelo servidor e podem ser intercalados com linguagens de marcação, como por exemplo, e que também foi utilizada neste trabalho, a linguagem de marcação HTML, além da linguagem de programação \textit{JavaScript}.

%\subsubsection{ Servidor Apache}
%O Apache server é um servidor \textit{Web} de código aberto desenvolvido pelo norte-americano Roberto McCool no ano de 1995. Após o seu desenvolvimento, rapidamente fez sucesso e o mercado de servidores \textit{Web} passou a investir na ferramenta. Grandes empresas utilizam como servidor principal o apache, como por exemplo a Google e a Wikipédia. Atualmente, os servidores apache dominam mais de 50\% de todo o conteúdo existente na internet \cite{alzahrani2017}.
    
%\subsubsection{ MySQL}
%Para \cite{niederauer2005}, o MySQL é um SGBD (Sistema Gerenciador de Banco de Dados) que emprega a linguagem SQL (\textit{Structured Query Language}). Dentre os SGBDs de código aberto, é o mais popular de todos e é amplamente utilizado nas mais variadas aplicações \textit{Web} em todo o mundo \cite{niederauer2005}.

%Segundo \cite{leite2017}, grandes empresas tanto brasileiras quanto estrangeiras utilizam o MySQL como responsável pelo gerenciamento da base de dados, sendo as principais: Globo, Suzuki, Sabe Holdings, Google e NASA.

%\subsection{ \textit{Google Chart Tools}}
%O \textit{Google Chart Tools} é uma biblioteca de geração de gráficos, gratuita, disponibilizada pela empresa Google.  A partir dessa ferramenta, é possível a criação de gráficos de fonte de dados e a incorporação em aplicações \textit{Web}. O Google Charts é baseado na tecnologia do HTML 5 e vetor escaláveis de gráficos, em que é possível, com essas tecnologias, os gráficos serem exibidos em diferentes navegadores e plataformas, sem a necessidade da instalação de \textit{plug-ins} \cite{zhu2012}.

%Existem doze tipos de gráficos disponíveis, são eles: gráficos de torta, gráficos de dispersão, gráficos de calibração, geogramas, tabelas, \textit{treemaps}, gráficos combinados, gráficos de linhas, gráficos de barras, gráficos de colunas, gráficos de área e gráficos de \textit{candlestick}. A empresa Google e a comunidade de usuários da Google Chart API contribuíram para o desenvolvimento da biblioteca, existindo, ainda, a possibilidade da criação de outros tipos de gráficos.
    
\subsection{ Estado da arte}

\cite{procopio2011} tiveram como principal objetivo, em sua pesquisa, a implementação de um medidor de energia elétrica em plataforma de \textit{hardware} livre para estudo do comportamento de redes inteligentes. O protótipo desenvolvido apresenta como resultados precisão e simplicidade conciliável com os experimentos realizados por meios didáticos.
	
Acredita-se que os gastos relativos ao consumo de energia elétrica representam uma parte considerável do orçamento mensal dos clientes, e que o monitoramento de maneira eficiente pode resultar na diminuição deste gastos. Na tentativa de amenizar este problema, \cite{siqueira2016} desenvolveu uma central de monitoramento de consumo energético, utilizando um sensor de corrente junto a plataforma de prototipagem Arduino. Como resultado, é obtido o valor em reais do consumo de energia elétrica para o cliente final.
	
No trabalho proposto por \cite{paula2013}, é apresentado o desenvolvimento de um medidor eletrônico de consumo de energia elétrica residencial com acesso remoto via navegador, em que o objetivo final é facilitar o monitoramento e gerenciamento do consumo de energia elétrica. Para o desenvolvimento deste trabalho, foi utilizada a plataforma de prototipagem Arduino, que recebe os dados dos sensores de corrente e tensão, utilizando esses dados para calcular a potência ativa, reativa e o fator de potência.
	
Para a exibição dos dados em tempo real, \cite{paula2013} utilizou um \textit{display} de cristal líquido que recebe os resultados calculados. Foi desenvolvido também uma página \textit{Web}, hospedada na própria \textit{shield ethernet} acoplada ao Arduino, que pode ser acessada através de um \textit{browser} instalado em um computador.
    
O trabalho de \cite{nunes2013} apresenta o desenvolvimento de um controlador de demanda de energia elétrica residencial. Os resultados foram obtidos através de uma pesquisa que foi realizada com consumidores de energia elétrica de pequeno e médio porte, em que foi utilizado um medidor eletrônico de energia integrado ao circuito.

\cite{de2016} tiveram como objetivo demonstrar maneiras alternativas para auxiliar os usuários na tomada de decisão em relação a economia de energia elétrica. No trabalho desenvolvido, foram utilizados sensores de correntes e placas controladoras, e obtiveram como resultados um sistema que é capaz de informar o consumo de energia elétrica de determinados aparelhos em uma residência doméstica.
	
Boa parte dos trabalhos citados desenvolveram um medidor de energia elétrica e trabalharam com medição de valores. Um diferencial desta pesquisa é o registro dos dados coletados em um servidor externo, atuando junto a um Sistema Gerenciador de Banco de Dados. Outro fator positivo é a utilização do armazenamento da aplicação \textit{Web} fora do servidor local gerenciado pela \textit{shield ethernet}, uma vez que dessa maneira é possível o desenvolvimento de uma interface amigável, além da geração de gráficos e relatórios a partir dos dados obtidos.



\section{ METODOLOGIA}    

\subsection{ Modelo proposto}
O sistema proposto facilita a inserção da ferramenta na instalação junto ao quadro de energia elétrica. Comparado ao medidor convencional instalado e utilizado pelas concessionárias de energia elétrica, a ferramenta descrita neste trabalho simplifica a forma de visualização e interpretação dos dados, além do baixo custo do dispositivo para o consumidor final. A Figura \ref{figura/diagrama_blocos} ilustra o diagrama de blocos do modelo proposto.

\begin{figure*}[htb]
\centering
\includegraphics[width=\linewidth]{figuras/diagrama_blocos}
\caption{Diagrama de blocos do medidor de energia proposto}\label{figura/diagrama_blocos}
\end{figure*}

%\begin{figure*}[htb]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Diagrama de blocos do medidor de energia proposto.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=1\textwidth]{figuras/diagrama_blocos}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:diagrama_blocos}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

\subsection{ Materiais utilizados e descrição das etapas}
Os materiais utilizados no desenvolvimento deste trabalho são:
\begin{itemize}
 \item Arduino Uno;
 \item IDE do Arduino;
 \item sensor de Corrente ACS712;
 \item \textit{shield Ethernet}.
\end{itemize}

A plataforma de protipagem Arduino é a responsável por receber os dados analógicos detectados pelo sensor de corrente, onde é realizada a digitalização destes sinais. Este também realiza o processamento dos cálculos necessários até que se possa enviar os dados pela rede para o servidor em que está lotado o banco de dados.

\subsection{ Montagem do \textit{hardware}}
Com todos os materiais disponíveis, a montagem do \textit{hardware} do dispositivo contou com inserção da \textit{shield ethernet} na placa do Arduino e, posteriormente, houve a ligação do sensor de corrente com a porta analógica do Arduino, que é onde acontece o tráfego das informações. A Figura \ref{figura:esquematico} detalha o esquema do sistema de \textit{hardware} feito na plataforma \textit{fritzing}, que é um programa em ambiente gráfico que permite realizar montagens de circuitos elétricos. %Já a Figura \ref{figura:diagrama_eletrico} ilustra o diagrama elétrico do medidor proposto.

\begin{figure*}[htb]
\centering
\includegraphics[width=0.5\linewidth]{figuras/esquematico}
\caption{Projeto esquemático do medidor de energia proposto}\label{figura:esquematico}
\end{figure*}

%\begin{figure*}[htb]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Projeto esquemático do medidor de energia proposto.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=0.6\textwidth]{figuras/esquematico}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:esquematico}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

%\begin{figure*}[bt!]
%\centering
%\includegraphics[width=\linewidth]{figuras/circuito_eletrico}
%\caption{Projeto do diagrama elétrico do medidor de energia proposto}\label{figura:diagrama_eletrico}
%\end{figure*}

%\begin{figure*}[ht]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Projeto do diagrama elétrico do medidor de energia proposto.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=0.7\textwidth]{figuras/circuito_eletrico}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:diagrama_eletrico}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

\subsection{ Desenvolvimento do módulo do Arduino}

Após a montagem da parte de \textit{hardware} da ferramenta, iniciou-se o desenvolvimento do primeiro módulo, utilizando a IDE do Arduino versão 1.6.7, disponível pela própria fabricante. A linguagem de programação  utilizada foi a C++ no paradigma estruturado, uma vez que a escolha desse tipo de paradigma é justificado em consequência de uma simplicidade no desenvolvimento da implementação.

Primeiramente, é necessário configurar e incluir as bibliotecas que serão utilizadas por este módulo. São elas: A \textit{Serial Peripheral Interface} (SPI), que é um protocolo que permite a comunicação do microcontrolador com diversos outros componentes, formando uma rede e a biblioteca \textit{Ethernet}. A primeira permite que o Arduino atue como o dispositivo mestre do sistema, estabelecendo a comunicação SPI com a \textit{shield ethernet} através dos pinos 10, 11, 12 e 13. A segunda permite que uma placa Arduino conecte-se à \textit{internet}.

Com todas as bibliotecas configuradas e disponíveis para serem utilizadas, iniciou-se a implementação do algoritmo, declarando as principais variáveis a serem utilizadas na aplicação proposta.

Após a declaração de todas as variáveis, é necessário definir o protocolo de \textit{internet} (IP), a máscara de rede e o \textit{gateway}, definições essenciais para que o dispositivo possa se conectar a \textit{internet}.

O próximo passo é a verificação da possibilidade de conexão com a rede e, caso essa condição seja satisfeita, inicia-se o processo de leitura do sensor de corrente e, posteriormente, o envio dos dados para o Arduino, que será o responsável pela realização dos cálculos demonstrados a seguir.

O ACS712 é um sensor de corrente invasivo de alta sensibilidade e baixo custo. Seu princípio de funcionamento é baseado no efeito Hall. Dessa maneira, o sensor fica isolado eletricamento do circuito o qual se deseja medir a corrente elétrica. Uma diferença de potencial é gerada com valor proporcional a corrente que flui entre os terminais ligados ao circuito externo. Um valor de tensão de saída de 0 V é fornecido quando a corrente apresenta valor de -30 A e 5 V quando a corrente apresenta valor de +30 A, onde o valor de 2,5 V simboliza 0 A ou ausência de corrente elétrica no circuito externo. A escala de valores de tensão fornecidas pelo sensor é proporcional aos valores de corrente detectados. Para funcionamento, o sensor utiliza alimentação de 5 V.

Na medição, o arduino digitaliza a leitura analógica do sensor com 10 bits de resolução, transformando o sinal analógico em uma sequência de números de 0 a 1023, sendo necessário realizar a proporção para a amostra de tensão entre 0 a 5 volts, através da seguinte equação:
	
\begin{equation}
\text{Tensão de saída} = \frac{5.00}{1023}\cdot \text{Leitura do sensor}
\end{equation}

\begin{comment}
Uma vez que a corrente a ser medida é do tipo alternada, é necessário que se encontre a tensão eficaz (ou RMS) através da equação:

\begin{equation}
V_{rms}= (\frac{1}{4}\cdot \sqrt{2})*V_{pp}
\end{equation}

Onde,

\begin{itemize}
\item V\textsubscript{rms}: tensão eficaz;
\item V\textsubscript{pp}: tensão de pico a pico da onda senoidal.
\end{itemize}

É necessário que se subtraia a tensão máxima pela tensão mínima, buscando remover a parte negativa da medição e restar com apenas a tensão pico a pico positiva.
\end{comment}

Uma vez que a corrente a ser medida é do tipo alternada, deve-se encontrar o valor da tensão eficaz (ou RMS). É necessário que se subtraia a tensão máxima pela tensão mínima, buscando remover a parte negativa da medição e restar com apenas a tensão pico a pico positiva.

Uma vez obtida a tensão RMS, o próximo passo é converter a corrente que está sendo medida, levando em consideração a sensibilidade do sensor, este sendo representado com um valor de tensão proporcional de 66 mV/A, demonstrado pela equação:

\begin{equation}
I_{rms}= \frac{V_{rms}}{Sensibilidade}
\end{equation}

Reduzindo essas duas equações demonstradas anteriormente, obtém-se a fórmula para a corrente RMS de um circuito AC, resultando em uma constante 5.3568 multiplicada pela tensão de pico a pico, sendo:
	
\begin{equation}
I_{rms} = 5.3568\cdot V_{pp}
\end{equation}

Obtendo-se o resultado da corrente eficaz, multiplica-se pelo valor da tensão da fase onde o sistema foi instalado, resultando na medida de potência elétrica, que é dada em \textit{watts}.

Com a corrente elétrica calculada, resta, apenas, enviar o dado para o banco de dados que se encontra em um servidor externo. O método GET via HTTP é o utilizado para o envio desses parâmetros, sendo eles a corrente elétrica medida e o código do medidor de energia elétrica instalado. O módulo foi configurado para realizar uma coleta de valor de corrente elétrica por segundo.







\subsection{Desenvolvimento da Aplicação \textit{Web}}

Como o objetivo do trabalho foi realizar uma instalação permanente do medidor de energia elétrica, e considerando que é realizada uma medição por segundo, foi necessário um meio robusto de armazenamento capaz de registrar essa quantidade consideravelmente grande de dados. Sendo assim, utilizou-se o Sistema Gerenciador de Banco de Dados MySQL para ficar responsável por esse armazenamento.

Para que a \textit{shield ethernet} conectada ao Arduino consiga enviar dados para um servidor \textit{Web} externo e, posteriormente, realizar a comunicação com o SGBD, foi ajustado e configurado o endereço de IP do servidor. O método utilizado para o envio e recebimento dos dados em protocolo HTTP foi o GET. Após o recebimento do valor do dado da corrente elétrica medida e o código do medidor de energia elétrica instalado, é feita a inserção na base de dados.

A linguagem de programação utilizada para o desenvolvimento da aplicação \textit{Web} a ser rodada no servidor e visualizada pelo usuário foi a PHP, no paradigma estruturado, tendo também em sua integração a linguagem de programação \textit{JavaScritp}, esta última responsável pela geração dos gráficos na aplicação. Os gráficos gerados na interface principal do sistema são gerados e exibidos pela biblioteca \textit{Google Chart Tools}. Nessa parte específica do algorítimo foram realizados os ajustes para legenda, cor da linha, tamanho, posição, sentido e demais atributos referentes a exibição de gráficos. 

Além dos gráficos gerados com intervalo de tempo já definidos pelo desenvolvedor, o usuário também pode realizar consultas por determinado período de tempo, sendo possível essa consulta enviando através do método POST o intervalo escolhido entre datas. O POST é apenas um dentre os vários métodos de requisição suportados pelo protocolo HTTP usado na \textit{internet}. Ele foi selecionado por uma questão de segurança e transparência ao usuário, visto que é o responsável por direcioná-lo para uma segunda página, a de visualização por período específico.












\begin{comment}
   
\subsection{Desenvolvimento do banco de dados}
    
Como o objetivo do trabalho foi realizar uma instalação permanente do medidor de energia elétrica, e considerando que é realizada uma medição por segundo, foi necessário um meio robusto de armazenamento capaz de registrar essa quantidade consideravelmente grande de dados. Sendo assim, utilizou-se o Sistema Gerenciador de Banco de Dados para ficar responsável por esse armazenamento.

O sistema gerenciador de banco de dados escolhido foi o MySQL, tendo em vista os seguintes motivos: gratuito, seu código fonte é aberto, é leve, rápido, seguro e prático. Com o intuito de realizar a criação e manipulação de tabelas, foi utilizado o phpMyAdmin, que é um aplicativo \textit{Web} livre e de código aberto desenvolvido em PHP para administração do MySQL pelo \textit{browser}.

A base de dados desenvolvida possui duas tabelas. A primeira, é responsável por armazenar os dados referentes a corrente elétrica e o código do medidor recebido pela rede, além da hora e data em que a medição foi realizada. Já a segunda, lida com o armazenamento e registro da descrição e o código de cada medidor instalado na rede.     
    
\subsection{ Desenvolvimento do módulo de comunicação}    

Para que a \textit{shield ethernet} conectada ao Arduino consiga enviar dados para um servidor \textit{Web} externo e, posteriormente, realizar a comunicação com um sistema de gerenciamento de banco de dados, é necessário uma implementação que consiga realizar essa comunicação de forma eficiente.

O primeiro passo a ser realizado é configurar o acesso ao SGBD, ajustando o IP do servidor onde se encontra a aplicação, além das permissões administrativas para acesso à base de dados. Como o usuário não tem acesso a essa parte da aplicação, o método utilizado para o envio e recebimento dos dados em protocolo HTTP foi o GET. Após o recebimento do valor do dado da corrente elétrica medida e o código do medidor de energia elétrica instalado, é feita a inserção na base de dados.
    
\subsection{ Desenvolvimento do módulo de visualização geral} 

A linguagem de programação utilizada para o desenvolvimento da aplicação \textit{Web} a ser rodada no servidor e visualizada pelo usuário foi a PHP, no paradigma estruturado, tendo também em sua integração a linguagem de programação \textit{JavaScritp}, esta última responsável pela geração dos gráficos na aplicação. 

O HTML 5 foi a linguagem de marcação escolhida, responsável pela interface do sistema, além da utilização da linguagem SQL, sendo a linguagem de pesquisa declarativa padrão para banco de dados relacional.

Com as tecnologias a serem utilizadas definidas, foi iniciado a implementação do módulo, realizando a configuração de comunicação entre a aplicação com o SGBD MySQL, para posteriormente realizar consultas aos dados contidos no banco. Após o ajuste estabelecido, iniciou-se a implementação da interface da aplicação.

Pensando na possibilidade da instalação de mais medidor de energia elétrica em outros setores ou ambientes do IFMG - \textit{campus} Bambuí, foi implementado um sistema dinâmico, capaz de identificar automaticamente novos medidores instalados. Uma caixa de \textit{combobox} foi implementada com este fim, para que o usuário possa selecionar e visualizar os gráficos do medidor de energia elétrica escolhido.

Os gráficos gerados na interface principal do sistema são gerados e exibidos pela biblioteca \textit{Google Chart Tools}. Nessa parte específica do algorítimo foram realizados os ajustes para legenda, cor da linha, tamanho, posição, sentido e demais atributos referentes a exibição de gráficos.
    
Ressalta-se que, assim como é realizado o sistema de medições das companhias de energia elétrica do Brasil, o usuário visualiza o gráfico gerado com um intervalo de tempo entre 15 minutos. O SGBD fica responsável por fazer essa consulta no banco de dados e gerar a média das medições nesse intervalo de tempo, para que posteriormente os valores calculados sejam exibidos no gráfico. 
    
Além dos gráficos gerados com intervalo de tempo já definidos pelo desenvolvedor, o usuário também pode realizar consultas por determinado período de tempo, sendo possível essa consulta enviando através do método POST o intervalo escolhido entre datas. O POST é apenas um dentre os vários métodos de requisição suportados pelo protocolo HTTP usado na \textit{internet}. Ele foi selecionado por uma questão de segurança e transparência ao usuário, visto que é o responsável por direcioná-lo para uma segunda página, a de visualização por período específico.
    
\subsection{ Desenvolvimento do módulo de visualização por período específico} 

Para a segunda interface, foram utilizadas as mesmas tecnologias da página principal, tendo está página como objetivo a geração de apenas um gráfico para melhor análise do usuário em determinado período escolhido por ele.

Abaixo do gráfico foi implementando uma tabela que, dado uma consulta realizada pelo usuário na base de dados, essa retorna a data, hora e a corrente já contidas na tabela das medições do banco de dados. Também é nesta etapa que são realizados os cálculos da potência gasta e do consumo em \textit{quilowatt}-hora, a fim de proporcionar ao usuário diferentes alternativas de análises de dados no auxílio à tomada de decisão. 

\subsection{ Instalação e configuração do servidor} 

Para a instalação e configuração do servidor que é o responsável pela hospedagem da aplicação \textit{Web}, contou-se com o auxílio de um profissional da área de infraestrutura de rede da Coordenadoria de Gestão de Tecnologia da Informação do IFMG - \textit{campus} Bambuí. Salienta-se que todos procedimentos adotados foram autorizados pelo coordenador do setor.

Foi instalada uma máquina virtual com o sistema operacional Linux no servidor e, posteriormente, instalado servidor Web Apache, o qual foi escolhido por ser uma tecnologia livre e popular. O nome de domínio configurado para a hospedagem da aplicação foi o smee.bambui.ifmg.edu.br, em que qualquer usuário com acesso a \textit{internet} e um \textit{browser} tem condições de acessar o sistema.

\subsection{ Instalação e configuração do medidor} 

Para a instalação e configuração do protótipo do medidor de energia elétrica desenvolvido, foi necessário o auxílio e inspeção do eletricista do IFMG - \textit{campus} Bambuí, uma vez que interrompeu-se o circuito elétrico com o intuito de ligar o medidor em série, tendo em vista que o sensor de corrente elétrica utilizado no desenvolvimento deste trabalho é do tipo invasivo.
    
A escolha de um sensor de corrente do tipo invasivo é justificada pelo fato de ser uma instalação permanente e por sua maior precisão em relação ao não invasivo. O sensor tem capacidade máxima de corrente de 30 A, e, por isso, foram tomadas duas medidas de proteção: a ligação em série após o disjuntor do circuito, que aceita no máximo 35 A, e a utilização de um fusível, que  é um dispositivo de proteção contra sobrecorrente em circuitos.
	
O local escolhido para a instalação do equipamento foi no sistema de ar-condicionado do tipo \textit{Split} de um dos laboratórios de informática da instituição. Este ambiente possui em sua unidade interna quatro evaporadoras, e em sua unidade externa, uma condensadora. Este primeiro é responsável para climatizar e liberar o fluxo de ar e é na condensadora que está o motor que faz o equipamento funcionar.

\end{comment}

\section{ RESULTADOS}

\subsection{ Teste de funcionamento do medidor}
Para realizar o teste de funcionamento do medidor com seus valores medidos e as equações descritas anteriormente, foi utilizado um multímetro, um amperímetro digital e um amperímetro analógico, com todos ligados em série com o medidor desenvolvido, buscando comparar os valores encontrados.

Foi medida a corrente elétrica aplicada a uma resistência de aproximadamente 46,5 ohm, em tensões de 127 V e 220 V, correspondendo respectivamente a ligações de fase com neutro e fase com fase.

%Primeiramente, foi medida a corrente elétrica aplicada a uma resistência de aproximadamente 46,5 ohm, em uma tensão de fase de 127 volts, conforme é representado na Figura \ref{figura:tensao_fase_127}.

%\begin{figure*}[htb]
%\centering
%\includegraphics[width=0.6\linewidth]{figuras/tensao_fase_127}
%\caption{Diferença de potencial medida entre fase e neutro}\label{figura:tensao_fase_127}
%\end{figure*}

%\begin{figure*}[htb]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Diferença de potencial medida entre fase e neutro.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=0.4\textwidth]{figuras/tensao_fase_127}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:tensao_fase_127}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

Na Tabela \ref{tabela:corrente_127} é possível conferir os resultados da corrente elétrica medida de cada ferramenta utilizada para validação do medidor de energia elétrica proposto neste trabalho.

\begin{table}[ht]
	\centering
		\begin{threeparttable}
		\caption{Valores da corrente encontrados}
		\label{tabela:corrente_127}
	\begin{tabular}{l|c|c}
  \hline
    \textbf{Dispositivo} & \textbf{Corrente (A) para tensão de 127V} & \textbf{Corrente (A) para tensão de 220V} \\
    \hline
     Medidor proposto   & 2,65 & 4,77 \\	
Multímetro   & 2,78 & 4,92 \\	
Medidor digital   & 2,73 & 4,8 \\	
Medidor analógico  & 2,68 & 4,7 \\
V = R*i   & 2,73 & 4,73 \\
     \hline
 \end{tabular}
\end{threeparttable}
\end{table}

%\begin{table}[htb]
%	\centering
%\caption{\hspace{0.1cm} Valores da corrente encontrados para tensão de fase de 127 volts}
%	\vspace{-0.3cm} % espaço entre titulo e tabela
%	\label{tabela:corrente_127}
	% Conteúdo da tabela
%	\begin{tabular}{l|c}
%  \hline
%    \textbf{Dispositivo} & \textbf{Valor da corrente (A)} \\
%    \hline
%     Medidor proposto   & 2,65 \\	
%Multímetro   & 2,78 \\	
%Medidor digital   & 2,73 \\	
%Medidor analógico  & 2,68 \\
%V = R*i   & 2,73 \\
%     \hline
% \end{tabular}
% 	\vspace{.1cm}  %espaço entre tabela e fonte
%	\small
	% Fonte
%	{\footnotesize\\ \textbf{Fonte: O autor (2017)}}
%\end{table}    

%Posteriormente, foi medida a corrente elétrica na mesma resistência, porém, dessa vez, aplicada em uma tensão de linha de 220 volts. A Figura \ref{figura:tensao_linha_220} ilustra o procedimento feito para realizar este tipo de medição.

%Posteriormente, foi medida a corrente elétrica na mesma resistência, porém, dessa vez, aplicada em uma tensão de linha de 220 volts (entre duas fases).
    
%\begin{figure*}[htb]
%\centering
%\includegraphics[width=0.6\linewidth]{figuras/tensao_linha_220}
%\caption{Diferença de potencial medida entre fase e fase}\label{figura:tensao_linha_220}
%\end{figure*}

%\begin{figure*}[htb]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Diferença de potencial medida entre fase e fase.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=0.4\textwidth]{figuras/tensao_linha_220}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:tensao_linha_220}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

%Na Tabela \ref{tabela:corrente_220} é possível conferir os resultados da corrente elétrica medida em cada dispositivo.

%\begin{table}[ht]
%	\centering
%		\begin{threeparttable}
%		\caption{Valores da corrente encontrados para tensão de linha de %220 volts}
%		\label{tabela:corrente_220}
%	\begin{tabular}{l|c}
%  \hline
%    \textbf{Dispositivo} & \textbf{Valor da corrente (A)} \\
%    \hline
%Medidor proposto   & 4,77    \\	
%Multímetro   & 4,92           \\	
%Medidor digital   & 4,8                 \\	
%Medidor analógico  & 4,7            \\
%V = R*i   & 4,73                      	\\
%     \hline
%\end{tabular}
%\end{threeparttable}
%\end{table}

%\begin{table}[htb]
%	\centering
%	\caption{\hspace{0.1cm} Valores da corrente encontrados para tensão de linha de 220 volts}
%	\vspace{-0.3cm} % espaço entre titulo e tabela
%	\label{tabela:corrente_220}
	% Conteúdo da tabela
%	\begin{tabular}{l|c}
%  \hline
%    \textbf{Dispositivo} & \textbf{Valor da corrente (A)} \\
%    \hline
%Medidor proposto   & 4,77    \\	
%Multímetro   & 4,92           \\	
%Medidor digital   & 4,8                 \\	
%Medidor analógico  & 4,7            \\
%V = R*i   & 4,73                      	\\
%     \hline
% \end{tabular}
% 	\vspace{.1cm}  %espaço entre tabela e fonte
%	\small
%	% Fonte
%	{\footnotesize\\ \textbf{Fonte: O autor (2017)}}
%\end{table}  

Com os resultados apresentados, foi possível validar o sistema proposto, uma vez que os valores encontrados pelo medidor de energia elétrica desenvolvido aproximam-se, consideravelmente, de outros medidores convencionais já difundidos e validados no mercado, além da aproximação entre valores com o resultado da aplicação da Lei de Ohm.

Uma vez validado o medidor de energia elétrica, foi possível levá-lo para o ambiente real para o mesmo ser instalado junto ao quadro de energia em série com o disjuntor que fica o sistema de ar-condicionado de um dos laboratório de informática do IFMG - \textit{campus} Bambuí.
    
\subsection{ Sistema de monitoramento}

Com o medidor de energia elétrica instalado, foi possível, por meio de um computador com acesso a \textit{internet} e através de um \textit{browser}, a visualização das medições em tempo real através da aplicação \textit{web} desenvolvida. A Figura \ref{figura:apos_selecao_medidor} ilustra a tela inicial do sistema assim que o usuário seleciona o medidor instalado desejado.

\begin{figure*}[htb]
\centering
\includegraphics[width=0.95\linewidth]{figuras/apos_selecao_medidor}
\caption{Gráficos gerados após seleção do usuário}\label{figura:apos_selecao_medidor}
\end{figure*}

%\begin{figure*}[htb]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Gráficos gerados após seleção do usuário.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=1\textwidth]{figuras/apos_selecao_medidor}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:apos_selecao_medidor}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}

Como apresentado na Figura \ref{figura:apos_selecao_medidor}, é possível visualizar a média da corrente elétrica medida nos últimos 15 minutos, que segundo a \cite{procel2007centro}, é uma característica básica do processo de faturamento de energia no Brasil. Pode-se observar, também, o gráfico da corrente elétrica medida em relação à última hora, nas últimas 24 horas, da última semana e dos últimos 30 dias. A Figura \ref{figura:apos_selecao_medidor} no gráfico dos últimos 30 dias apresenta apenas do dia 19/11 ao dia 23/11, tendo sido a quantidade de medições realizadas até o momento da extração dos dados.
    
Nos gráficos da Figura \ref{figura:apos_selecao_medidor} são demonstrados a relação da corrente elétrica em função do tempo, uma vez que os resultados obtidos neste trabalho foram validados pela corrente elétrica, sendo a potência elétrica um valor aproximado. Assim, justifica-se a relação entre a corrente elétrica em função do tempo. 
    
Com os gráficos gerados, o usuário poderá observar detalhadamente e notar o comportamento da utilização do sistema de ar-condicionado. No gráfico superior, a esquerda, que representa a corrente elétrica medida na última hora, é possível perceber o consumo em modo de \textit{stand-by}, considerado os baixos valores medidos em relação a quando o sistema está sendo utilizado.
    
O gráfico no canto superior direito da tela permite concluir que o sistema foi ligado aproximadamente por duas horas, em relação as últimas 24 horas desde o período selecionado. Com os dois gráficos na parte inferior da interface, é possível perceber um comportamento quase padrão, visto que o sistema é acionado no período em que há atividades no laboratório de informática e estando desligado nos períodos noturnos e aos finais de semana.
    
Caso necessário, o usuário possui a opção de realizar essa busca por período específico por todas as medições feitas, que são de segundo em segundo ou, assim como as companhias de energia elétrica, a média de 15 em 15 minutos.

Para demonstrar essa aplicação do sistema, foi selecionado o período de 22/11/2017 às 14:00:00 até 22/11/2017 às 15:00:00 no intervalo de segundos. O gráfico dessa seleção realizada é ilustrado na Figura \ref{figura:grafico_segundo}.

\begin{figure*}[htb]
\centering
\includegraphics[width=0.85\linewidth]{figuras/grafico_segundo}
\caption{Gráfico gerado pela busca por período específico em intervalos de segundos}\label{figura:grafico_segundo}
\end{figure*}

%\begin{figure*}[ht]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Gráfico gerado pela busca por período específico em intervalos de segundos.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=1\textwidth]{figuras/grafico_segundo}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:grafico_segundo}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}    

Analisando-se o gráfico da Figura \ref{figura:grafico_segundo}, é possível comparar os resultados das medições obtidas do ar-condicionado com o manual de especificações desenvolvido pelo \cite{nanjo2002}, o qual especifica que o modelo utilizado no laboratório de informática escolhido para a instalação do dispositivo tem como corrente de operação 5.8A, no modo operacional de refrigeração e, 7.5A, no modo operacional de aquecimento.
    
Observando-se o comportamento do gráfico gerado, é possível perceber que no momento em que o sistema de ar-condicionado é ligado, o valor da corrente elétrica fica oscilando em torno de aproximadamente quatro valores. Essa oscilação é justificada pela quantidade de evaporadoras instaladas no ambiente, que também são quatro. 
    
O sistema de ar-condicionado instalado funciona como uma malha de controle fechada com realimentação, que fica se auto ajustando até encontrar o valor desejado e manter aproximadamente constante a corrente elétrica, conforme pode ser observado no gráfico da Figura \ref{figura:grafico_segundo} após o período de quatorze horas e trinta e três minutos, em que é possível perceber uma constância nos valores medidos.

Na mesma tela da página aberta, é encontrado, logo abaixo do gráfico gerado, uma tabela ordenada por ordem decrescente em relação a data e horário, que contém também informações como a corrente elétrica medida dada em ampere(A), a potência elétrica dada em \textit{watt}(W) e o consumo dado em \textit{quilowatt}-hora(kW/h).% Um fragmento da tabela gerada é apresentado na Figura \ref{figura:tabela_segundo}.

%\begin{figure*}[htb]
%\centering
%\includegraphics[width=0.6\linewidth]{figuras/tabela_segundo}
%\caption{Tabela gerada pela busca por período específico em intervalos de segundos}\label{figura:tabela_segundo}
%\end{figure*}

%\begin{figure*}[ht]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Tabela gerada pela busca por período específico em intervalos de segundos.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=1\textwidth]{figuras/tabela_segundo}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:tabela_segundo}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}   
    
A partir desse relatório, é possibilitado ao usuário visualizar o valor da corrente elétrica, a potência e o consumo naquele exato instante desejado. Com o gráfico e a tabela gerados, torna-se fácil para o usuário a análise dos dados para uma possível intervenção no sistema, caso ele encontre anomalias nas medições realizadas pelo medidor de energia elétrica, como por exemplo, se o sistema de ar-condicionado estiver acionado em um período em que não tenha atividade no laboratório de informática ou perceber valores de corrente elétrica diferentes dos apresentados no manual do aparelho, uma vez que essa diferença pode ser justificada por defeito no equipamento, ocasionando um consumo além ou abaixo do normal.
    
Além da opção de buscar por determinado período no intervalo de medições em segundos, é possível realizar essa busca no intervalo de 15 em 15 minutos. A Figura \ref{figura:grafico_e_tabela_15_minutos} mostra o gráfico gerado com o mesmo período de data e hora selecionados anteriormente com dados agregados em intervalos de 15 minutos.

% expõe a página gerada com o mesmo período de data e hora selecionados anteriormente, no intervalo de segundos.

\begin{figure*}[htb]
\centering
\includegraphics[width=0.8\linewidth]{figuras/grafico_e_tabela_15_minutos_new}
\caption{Busca por período específico em intervalos de 15 minutos}\label{figura:grafico_e_tabela_15_minutos}
\end{figure*}

%\begin{figure*}[ht]
%	\centering	
%	\caption[\hspace{0.1cm}]{Busca por período específico em intervalos de 15 minutos.}
%	\vspace{-0.4cm}
%	\includegraphics[width=1\textwidth]{figuras/grafico_e_tabela_15_minutos}
%	 \vspace{-0.2cm}
%	\\\textbf{\footnotesize Fonte: O autor (2017) }
%	\label{figura:grafico_e_tabela_15_minutos}
%\end{figure*}
%\vspace{-0.5cm}  

É possível perceber na Figura \ref{figura:grafico_e_tabela_15_minutos} o gráfico gerado e a tabela com todos seus dados, uma vez que a busca foi no intervalo de 14 às 15 horas. O comportamento do gráfico condiz com a explicação sobre o funcionamento do sistema de ar-condicionado, tendo em vista que ao acionar o aparelho, o sistema inicia com uma corrente elétrica em um valor inferior, aumentando até encontrar o valor desejado da temperatura pelo usuário e se manter praticamente constante. Sempre que o usuário seleciona uma visualização por período específico, uma nova aba no \textit{browser} é aberta para que o utilizador possa comparar de maneira individual cada relatório e gráfico buscado por ele.

\section{ CONCLUSÃO}

O medidor de energia elétrica proposto nesta pesquisa facilita o monitoramento do usuário em relação ao seu consumo de energia elétrica. A visualização, via \textit{internet}, e o registro permanente das informações obtidas são um importante diferencial do trabalho realizado.

Com a crise econômica enfrentada pelo país, é necessário políticas que melhor utilizem os recursos públicos. Tendo isso em vista, o sistema criado foi instalado em uma instituição pública, visando auxiliar na tomada de decisão do gestor no que concerne a futuras economias na conta de energia elétrica.

%O protótipo desenvolvido pode ser considerado barato em comparação aos medidos convencionais, uma vez que a plataforma de prototipagem Arduino, um \textit{shield ethernet} e um sensor de corrente podem ser encontrados no mercado a um preço relativamente razoável.

Por fim, demonstrou-se que os objetivos específicos foram alcançados com êxito. O dispositivo foi testado, validado e aplicado em um ambiente real, confirmando o seu bom resultado.

O projeto apresenta uma visão voltada para a sustentabilidade, possibilitando ao usuário comum, sendo ele o consumidor residencial, um gestor em uma empresa ou instituição, controlar seus gastos com energia.

A principal contribuição deste estudo foi o desenvolvimento de um sistema de monitoramento, via \textit{internet}, do consumo de energia elétrica no IFMG - \textit{campus} Bambuí. O projeto foi aplicado na instituição, mas foi desenvolvido de modo que possa ser utilizado tanto em residências quanto para fins industriais.

Este trabalho pode ser tomado como base para futuras pesquisas no setor de gestão energética, além de auxiliar em novas formas e ideias para o monitoramento do consumo de energia elétrica, proporcionado um melhor gerenciamento nesse consumo. Nesse cenário, é possível concluir que esta pesquisa contribui contra o desperdício de energia elétrica.





























\begin{comment}
\section{INTRODUCTION} This document provides information and instructions for preparing an article according to the EngUCP style. Only articles formatted according to the present guidelines will be accepted for publications. {\bf It is strongly suggested that this instructions template file be used to write the paper}.

\section{GENERAL SPECIFICATIONS}

The article may be written in English or Portuguese within a
printing box of 16 cm x 24 cm, centered in the page. Use A4 paper size with 2.5 cm for left and right margins, 3.4 cm in top margin and 2.3 cm at bottom margin. The paper including figures, tables and references must have a minimum length of 6 pages and must not exceed 20 pages. The size of the PDF file of the paper must not exceed 2 MiB.

\subsection{Use of acronyms}

If acronyms are used, then define them before their first occurrence.

\section{TITLE, AUTHORS, AFFILIATION, KEYWORDS}

The first page must contain the Title, Author(s), Affiliation(s), Keywords and the Abstract. The second page must begin with the Introduction. The first line of the title is located 3 cm from the top of the printing box.

\subsection{Title}

The title should be written centered, in 14 pt, boldface Times Roman, all capital letters. It should be single spaced if the title is more than one line long. Inclusion of formulas or special characters in the title is \textbf{highly} discouraged. Acronyms may be used if defined \emph{in-line}, for instance ``Large Eddy Simulation (LES) of flow around a cylinder''.

\subsection{Author}

The author's name should include first name, middle initial and last name. It should be written centered, in 12 pt boldface Times New Roman, 24 pt below the title. Put all the authors together, split in several lines if necessary. Affiliations must be arranged in centered blocks, after the authors. Identify each author with its corresponding affiliation using a number superscript, as in the example. If all the authors belong to the same affiliation do not use superscript.

\subsection{Affiliation}

Author's affiliation should be written centered, in 11pt Italic Times New Roman, 12 pt below the list of authors. A 12pt space should separate two different affiliations. It is recommended that authors include an e-mail address per affiliation, if possible.

\subsection{Keywords}

Please, write no more than six keywords.  They should be written left aligned, in 12 pt Times New Roman, and the line must begin with the words {\bf Keywords} boldfaced (use {\bf Palavras Chave} in Portuguese). A 14 pt space should separate the keywords from the affiliations.

\subsection{Abstract}

Use 12 pt Times New Roman for the abstract. The word {\bf Abstract} must be set in boldface, not italicized, at the beginning of the first line (use {\bf Resumo} for Portuguese). The abstract text should be justified and separated 12 pt from the keywords, as shown in the first page of these instructions. The abstract should be self-contained, so do not include figures, tables or equations in the abstract. Inclusion of references is \textbf{highly} discouraged. Avoid special characters. If acronyms are used, then define them before their first occurrence.

\section{HEADINGS}

\subsection{Main headings}

The main headings should be written left aligned, in 12 pt, boldface and all capital Times New Roman letters. There should be a 12 pt space before, and 6 pt after the main headings.

\subsection{Secondary headings}

The secondary headings should be written left aligned, in 12 pt, boldface Times Roman, with an initial capital for first word only. There should be a 12 pt space before, and 6 pt after the secondary headings.

\section{TEXT}

The normal text should be written single-spaced, justified, using 12 pt Times Roman in one column. The first line of each paragraph must be indented 0.5 cm. There is not inter-paragraph spacing.

\section{PAGE NUMBERS}

The authors {\bf must not number} the pages of the article. Numbers will be added by the editor/publisher.  However, the lines are numbered to facilitate the manuscript review process.

\section{FIGURES}

All figures should be numbered consecutively and captioned. The caption should be written centered, in 10pt Times Roman, upper and lower case letters.

\begin{figure*}[htb]
\centerline{\includegraphics[width=\textwidth]{firstpage.jpg}}
\caption{Page layout}
\label{fg:figure}
\end{figure*}

A 6 pt space should separate the figure from the caption, and a 12 pt space should separate the upper part of the figure and the bottom of the caption from the surrounding text (see Figure~\ref{fg:figure}). Figures should be referenced in the text as Figure~\ref{fg:figure}. Figures should be inserted as close as possible to their mention in the text and color figures are welcomed.

\section{EQUATIONS}

A displayed equation is numbered, using Arabic numbers in parentheses. It should be  centered, leaving a 6 pt space above and below to separate it from the surrounding text.

The following example is a simple single line:
%
\begin{equation}
Ax = b.
\end{equation}

The next example is a multi-line equation:
%
\begin{equation} \label{eq:simple}
\begin{aligned}
Ax = b \\
Ay = c
\end{aligned}
\end{equation}
%

When referring to an equation in the text write Eq.~(\ref{eq:simple}), except at the beginning of a sentence, where Equation~(\ref{eq:simple}) should be used.

\section{TABLES}

All tables should be numbered consecutively and captioned, the caption should be 10 pt Times New Roman, upper and lower case letters. The text size inside the table must be 11 pt.

A space of 6 pt separates the table from the caption, and 12 pt space separates the table from the surrounding text. For an example, see Table~\ref{tab:n50}. Tables should be referenced and inserted as close as possible to their mention in the text.

\begin{table}[htb]
\centering
\caption{Finite element size}
%\small
\begin{tabular}{c|c|c|c}
\hline
Refinement  & 20x20 mesh [mm] & 50x50 mesh [mm] & 100x100 mesh [mm]\\
\hline
\hline
 1 & 4.00 & 10.00 & 20.0 \\
\hline
 2 & 2.00 & 5.00 & 10.0 \\
\hline
 5 & 1.00 & 2.50 & 5.00 \\
\hline
10 & 0.50 & 1.25 & 2.50 \\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:n50}
\end{table}

\section{FORMAT OF REFERENCES}

References should be sorted alphabetically by author's last name as shown in these instructions\cite{Giusti,meyer82,meyer82b,silva,zienkiewicz91 }. Do not include references that are not cited in the article body. Do not include references that are not cited in the article body \cite{abimael11,jones}.

If possible, internal PDF links must be generated for citations. The recommended color for links to references in the text is blue. The preferred color for links to external references, as web pages, is red (e.g. \url{http://www.ucp.br}).

\section{CONCLUSIONS}

Thank you for submitting your work to the REUCP. Remember: do not number the pages.

\subsection*{\textit{Acknowledgments}}

\noindent Acknowledgments are brief notes of appreciation for assistance given to the authors for the research and preparation of this article. This section must come before the References and must be unnumbered. The paragraph must not be indented. This section is {\bf optional}.
\end{comment}

%
\bibliography{EngUCPpaper}{}
\bibliographystyle{plain}
\end{document}
