Energia

A energia tem acompanhado o homem na sua evolução, desde a antiguidade quando os homens das cavernas descobriram as utilidades do fogo para alimentação e protecção. A energia dos ventos teve também um papel importante nas grandes descobertas da humanidade, fazendo com que fosse possível os navegadores movimentarem-se nas suas caravelas movidas pela força do vento. Bastantes anos depois, em meados do século XIX iniciou-se a utilização de novas formas de energia como o Petróleo e a Electricidade, que foram responsáveis por uma grande evolução e desenvolvimento.

Hoje em dia a energia faz parte da nossa vida. Utilizamo-la nas mais diversas actividades, movimentamo-nos através dela, comunicamos, temos iluminação, conforto, etc.. A energia utilizada é proveniente do petróleo, uma fonte não renovável. Com vista a preservar os recursos existentes e a preservar o meio ambiente, é necessário que se recorra a energias alternativas, a energias que sejam renováveis. Nesta medida temos vários recursos que podem ser utilizados para produção de energia, como o sol e o vento.

Energia Solar

Entende-se por energia renovável como sendo uma energia com a qual não é possivel estabelecer um fim para a sua utilização. Embora não esteja estabelecido um fim tem estabelecido um limite, pois estas energias não produzem sempre a mesma quantidade ao longo do tempo. No caso do sol, apenas o podemos aproveitar de dia; quando nos referimos ao vento só o podemos aproveitar quando estiver vento, pelo que nem um nem outro apresentam uma produção constante. Contudo apresentam grandes vantagens:

• Não são poluentes
• Podem ser exploradas localmente
• A sua exploração atenua a dependência energética
• Não são finitas

O nosso País, a nível da Europa, um dos que tem mais horas de exposição ao sol por ano, cerca de 2200 a 3000 horas. A energia solar pode ser aproveitada de várias formas:

• Sistema Solar Térmico

  Este sistema consiste no aquecimento de um fluído que é bastante frequente no sector doméstico, na produção de águas quentes, aquecimento do ambiente, entre outras. Este sistema capa, armazena e usa directamente a energia.

• Sistema Solar Passivo

  Consiste na disposição dos edifícios de forma a captar e armazenar calor. Uma boa disposição e orientação dos edifícios pode evitar até 20% das necessidades de aquecimento , através do isolamento térmico imposto na construção dos mesmos. O isolamento permite diminuir as cargas térmicas tanto no aquecimento como no arrefecimento nas habitações.

• Sistema Solar Fotovoltaico

  Consiste na utilização de painéis solares para produção de energia. Nestes sistemas, a radiação solar é convertida em energia eléctrica por intermédio dos chamados semicondutores, que estão configurados nas células fotovoltaicas e que ao receber a radiação solar, produzem uma corrente eléctrica. A corrente gerada pelos painéis fotovoltaicos é directa e a corrente gerada pela rede de distribuição nacional é indirecta, pelo que no uso de electrodomésticos que necessitam da corrente gerada pelos painéis, existe a necessidade de se utilizar um inversor de corrente. A corrente produzida pelos painéis fotovoltaicos é acumulada em baterias, um consumo imediato ou posterior de curta duração.




Energia Eólica




O vento é um recurso energético que pode ser aproveitado para produzir energia. As diferenças de pressãi atmosférica causadas pelo aquecimento diferencial terrestre provocam deslocações de massas de ar, a deslocação dessas massas de ar são influenciadas pela pressão atmosférica por obstáculos e pelas condições em que se encontra o solo. O aproveitamento da energia cinética do vento é efectuado através de turbinas eólicas acopladas a geradores. A este conjunto turbina-gerador é dado o nome de Aerogerador.




Consumo Energético




Em Portugal, o consumo médio por habitação ronda os 3400kWh/ano, o que equivale a 9,315kWh/dia. Recorrendo ao simulador Online da EDP - Energias de Portugal, mediante as características de uma casa normal com quatros elementos, chegou-se ao resultado seguinte:




Gráfico referente ao consumo energético para 4 elementos

Captação da Água

A água é um bem precioso indispensável à vida e a todas as actividades humanas. Todos os dias assistimos a um consumo exasperado de água a vários níveis: na agricultura, na indústria, para fins domésticos entre outros. O aumento da necessidade de água é cada vez maior e os reservatórios de água potável tendem a esgotar, pelo que aproveitar a água das chuvas para o consumo habitacional é visto como uma forma de preservar e aproveitar os recursos existentes.

O sistema de captação da água da chuva é constituído por três componentes, sendo eles, a área de captação, sistema de distribuição e o reservatório. Na construção deste sistema é fundamental que se faça um estudo das necessidades de água, bem como dos níveis de pluviosidade registados.

O sistema de captação da água das chuvas é dimensionado segundo os níveis de pluviosidade numa estação meteorológica em Portugal. Para este sistema precisamos de dimensionar a capacidade mínima do depósito e a área de captação. Para o dimensionamento do depósito é necessário ter em contas as necessidades dos habitantes e o período seco que são considerados 120 dias, ou seja, 4 meses. Para a área de captação temos que ter em conta os níveis de pluviosidade e os consumos diários para que se consiga ter sempre água disponível. No gráfico seguinte estão representados os registos totais diários da precipitação registada numa estação meteorológica situada no Jardim Botânico em Lisboa.

Gráfico referente á precipitação diária total entre Janeiro de 2001 e Junho de 2011

De modo a termos um consumo estimado mais acertado recorremos ao simulador Online da EPAL. O resultado do simulador é um consumo mensal para um agregado familiar composto por 4 elementos.

Gráfico resultante do simulador Online da EPAL

Através dos dados mensais obtidos no simulador do consumo podemos chegar aos consumos diários por actividade diário de cada utilizador da casa, chegando a estes resultados:

• Banho: 6 Litros
• Lavatório: 12 Litros
• WC: 10 Litros
• Máquina de lavar roupa: 8 Litros
• Máquina da lavar Louça: 14 Litros
• Lavatório cozinha: 18 Litros

Obtém-se um total de 68 Litros/pessoa/dia, pelo que numa família com quatro pessoas tem-se um total de 272 Litros/dia e posteriormente 97 863,8 Litros/ano.

Tratamento de Água

Dado que a água da chuva não se encontra em condições óptimas para consumo, é necessário tratá-la. Para isso, precisamos de uma ETA (Estação de Tratamento de Água). No esquema seguinte está representado o circuito pelo qual a água tem que passar desde que cai em forma de chuva até sair da habitação como efluente bruto.

Esquema ilustrativo do circuito da água desde a precipitação até sair da habitação.

Tratamento da Água Residual

Cada actividade doméstica, como lavar a roupa ou um simples banho contribui para a inserção de químicos na água devido aos detergentes, pelo que não podemos devolvê-la à terra assim, temos que tratá-la devidamente. Pretende-se fazer um tratamento adequado às quantidades e ao tipo de águas que saem da nossa habitação, recorrendo a uma Micro ETAR (Estação de Tratamento de Águas Residuais). No esquema que se segue mostra o circuito pelo qual a água passa até ficar em condições de ser usada como rega. Pretende-se reutilizar tanto os sólidos como os líquidos dos processos de tratamento. A água será utilizada na rega e os sólidos usados como fertilizantes nas terras.

Esquema ilustrativo do circuito de tratamento de águas residuais.

Vermicultura

Consiste num processo de transformação dos resíduos domésticos num composto que será utilizado como fertilizante. Este sistema é composto por minhocas e pelos resíduos. As minhocas comem os resíduos e agem como verdadeiras fábricas onde os resíduos são transformados num composto rico em húmus. O processo é bastante rápido, sendo o composto final caracterizado por uma cor preta, leve e com cheiro a humús.

Reciclagem

Nos dias de hoje a reciclagem tem-se tornado um dever por parte de cada um, pois reciclar é um benefício tanto energético como ambiental. Existem vários tipos de reciclagem para os diferentes tipos de matérias, interessam apenas para o projecto a reciclagem de papel, plástico e metal e vidro. Os resíduos orgânicos vão ser sujeitos ao processo de vermicultura, para poderem ser utilizados como fertilizantes.

As quantidades e tipos de reciclagem dependem essencialmente dos hábitos dos indivíduos, nomeadamente hábitos alimentares, higiénicos, entre outros. Grande parte dos resíduos considerados orgânicos tem na sua constituição essencialmente restos de comida, tais como cascas de frutas, restos de vegetais, entre outros.

Para ter uma noção mais concreta das quantidades em quilogramas dos vários tipos de resíduos produzidos pelas famílias, procedeu-se a um inquérito aos agregados familiares para fazer uma análise, chegando aos resultados seguintes:

• Resíduos Orgânicos: 70,6%
• Resíduos Recicláveis: 29,4%
  • Papel/Cartão: 9,8%
  • Plástico/Metal: 6,8%
  • Vidro: 12,8%

Gráfico que representa a percentagem de resíduos produzidos diariamente por pessoa.

Desta forma, e tendo em conta os dados estatísticos da União Europeia que cada pessoa é produtora de 1,3kg de resíduos por dia, temos:

• Resíduos Orgânicos: 0,9178kg/dia
• Resíduos Recicláveis: 0,3822kg/dia
  • Papel/Cartão: 0,1274kg/dia
  • Plástico/Metal: 0,0884kg/dia
  • Vidro: 0,1664kg/dia

Alimentos

Uma das grandes preocupações a nível mundial diz respeito à produção de alimentos. O grande problema, depois da falta de água, é a ausência de solo cultivável em vários recantos do planeta. Já existem várias técnicas de plantações que podem ser utilizadas à sustentabilidade da casa auto-sustentável, sem necessidade de recorrer ao solo.

Hidroponia

A hidroponia é a ciência de cultivar plantas, dentro ou fora de estufas, sem utilização de solo. Os nutrientes que a planta necessita para o seu crescimento e desenvolvimento são fornecidos pela água e elementos nutritivos. Este tipo de cultura já existe desde a antiguidade, contudo é uma técnica vista como sendo recente e inovadora de cultivar plantas. Durante o século XX, vários cientistas investigaram este tipo de cultura, tendo tido a primeira aplicação prática durante a II Guerra Mundial, devido à impossibilidade de envio de alimentos, levou a que o exército tivesse de criar produções de modo a poderem alimentar-se com uma produção fresca e com elevado teor nutritivo. Mais tarde na década de 70, passou de estudo para ser aplicada no mercado por agricultores de pequena e grande escala, sendo estes atraídos pelas suas vantagens:

• Produção em qualquer local
• Não necessita de pesticidas, minimizando desta forma a poluição da água
• Aumento da quantidade e qualidade do produto, em comparação com a cultura tradicional
• Não necessita de solo
• Não necessita de grandes quantidades de água
• Produção durante todo o ano
• Menor quantidade de mão-de-obra
• Possibilita o cultivo em regiões desérticas ou rochosas onde a terra não é produtiva

Em Portugal esta cultura ainda se encontra pouco desenvolvida, embora existam condições geográficas ideais para o cultivo de certos alimentos.

O sistema Hidroponia abrange vários tipos de alimentos: Agrião, alface, árvores de frutos tropicais, floricultura, nabos, pepino, pimento, tomate, etc. Uma das grandes desvantagens que este sistema tem é o facto do investimento inicial ser muito elevado.

Gráfico que ilustra um Sistema Hidropónico

• Fonte: http://ceticismo.wordpress.com/2006/10/30/hidroponia/ e http://jardinagemepaisagismo.com/hidroponia-a-agua-como-substrato/

Existem vários tipos de Hidroponia implementados por todo o mundo, entre os quais:

• Cultura de Substrato

  Consiste na Colocação das plantas em linhas de lã de rocha ou fibra de coco, onde a solução nutritiva é distribuída por um sistema de gotas. Este método é o único até agora implementado em Portugal. O custo de instalação é relativamente baixo, apresentado resultados médios quando comparado com a cultura tradicional, os gastos de água são elevados especialmente no caso de não existir reutilização da solução nutritiva.

• Ebb & FLOW

  Consiste num tabuleiro de substrato onde as plantas são inseridas, que é cheio com água através de uma bomba submersa no recipiente da solução nutritiva. A bomba funciona 3 vezes ao dia durante 15 minutos. A solução volta ao recipiente inicial e deverá estar sempre oxigenada. Este sistema apresenta gastos elevados na aquisição do substrato e necessita de uma manutenção frequente.

• NFT (Nutrient Film Technic)

  Consiste na colocação de um tabuleiro inclinado onde a água e depositada na parte superior do tabuleiro, descendo até ao ponto mais baixo, voltando para o recipiente da solução nutritiva. Este processo é de fácil instalação e apresenta gastos médios de água e baixo custo energético. Este processo é bastante utilizado pelos países mais industrializados.

• Aeroponia

  Este é o método de cultivo mais avançado e investigado até aos dias de hoje. Trata-se de um sistema onde as raízes crescem suspensas no ar, colocadas em pequenos espaços com substrato e são alimentadas por uma solução nutritiva em forma de spray dentro da câmara de cultivo. Este sistema é bastante eficaz na entrega de nutrientes, pois os nutrientes que não são absorvidos pela raiz voltam para o recipiente inicial, evitando saturações.

Implementação Prática

Implementou-se um LCD para que seja mais fácil aos utilizadores visualizarem os recursos disponíveis. Para que os resultados pudessem aparecer no LCD foi necessário um PIC para controlar a apresentação de imagens.

Kit da Microchip composto pela Board e LCD

O LCD possui touchscreen com 4,3'', permitindo uma ligação ao micro-controlador da Microchip.

Configuração do LCD

Através do Software da MPLAB IDE v8.73a e da aplicação Graphics Display Designer, consegui-se de uma forma mais simplificada na criação os ecrãs pretendidos. Apresentamos a seguir o ecrã de Boas Vindas do LCD implementado.

Ecrã de Boas Vindas

Links

Neste separador estão os logótipos com hiperligação para websites relevantes para o desenvolvimento deste projecto.

Instituição Académica

Simulador do Consumo de Água Mensal

Empresas

Instituto Nacional de Meteorologia

Microchip

Instituto Geofísico - Base de Dados

EDP - Energias De Portugal