Resumo Executivo

Adriano Caversan; Diogo Alfieri Palma

Resumo elaborado pela ferramenta ResumeAI, solução de inteligência artificial desenvolvida pelo Instituto Pecege voltada à síntese e redação.

O cenário energético contemporâneo exige soluções tecnológicas que integrem eficiência e automação, especialmente diante do aumento progressivo no consumo de eletricidade. Segundo dados do anuário estatístico da Empresa de Pesquisa Energética (2024), o consumo de energia elétrica no setor residencial brasileiro saltou de 23,64% em 2004 para 31,49% em 2024. Dentro desse montante, a iluminação representa uma parcela significativa, correspondendo a aproximadamente 5,81% do consumo total das residências. Diante dessa realidade, a conscientização social sobre a economia na matriz energética torna-se fundamental, pois a redução do consumo individual alivia a sobrecarga do sistema, diminui a necessidade de investimentos em infraestrutura pesada e resulta em economia direta para o consumidor final. Uma das estratégias mais eficazes para promover essa economia é a oferta de luminosidade estritamente vinculada à demanda real, regulando o fluxo luminoso conforme a presença de indivíduos e a disponibilidade de luz natural.

A Internet das Coisas surge como o pilar tecnológico para viabilizar essa inteligência em dispositivos cotidianos. A aplicação de conceitos como a Saída Seletiva e Dinâmica do Lúmen permite o ajuste da intensidade luminosa de forma automatizada. Conforme apontado por Pinto (2016), essa técnica possibilita uma regulação de fluxo que pode gerar uma poupança de energia de até 40%, garantindo que as lâmpadas não permaneçam acesas em potência máxima de forma desnecessária. Além da questão econômica, a manutenção de níveis adequados de iluminação é uma exigência normativa e ergonômica. A Associação Brasileira de Normas Técnicas estabelece diretrizes rigorosas, como as NBR 5413 e NBR 8995-1, que definem os parâmetros para o conforto visual e a saúde ocupacional. O descumprimento dessas normas em ambientes laborais pode, inclusive, configurar infração penal conforme os preceitos da Consolidação das Leis do Trabalho, que em seu artigo 175 exige iluminação apropriada à natureza da atividade. Portanto, o desenvolvimento de sistemas autônomos que controlem a luminosidade sob demanda não atende apenas a um propósito de sustentabilidade, mas também de conformidade legal e bem-estar humano.

A fundamentação teórica do projeto baseou-se na integração de hardware e software para criar um ambiente inteligente. O uso de microcontroladores de baixo custo, como o Arduino, permite a prototipagem de sistemas complexos que capturam sinais elétricos de sensores e os transformam em ações lógicas. No contexto da iluminação, o sistema deve ser capaz de interpretar a luminosidade ambiente e a presença de pessoas para decidir o nível de tensão a ser aplicado à lâmpada. Esse processo de tomada de decisão é o que caracteriza a inteligência do dispositivo. A comunicação desses dados para a nuvem, utilizando protocolos como o Message Queuing Telemetry Transport, viabiliza o monitoramento remoto e a análise histórica do consumo, permitindo ajustes finos no algoritmo de controle para maximizar a eficiência energética.

Para a execução do projeto, adotou-se a metodologia Design Thinking, estruturada em cinco estágios fundamentais que nortearam desde a compreensão do problema até a validação da solução. Na fase de empatia, buscou-se compreender as necessidades de economia, ergonomia e sustentabilidade no contexto residencial. Na etapa de definição, consolidou-se o problema central: o aumento expressivo do consumo elétrico na última década e a ineficiência dos sistemas de iluminação convencionais. A ideação resultou na proposta de um sistema baseado em Internet das Coisas para automação desses ambientes. A prototipagem consistiu na construção de um aparato funcional capaz de coletar dados experimentais em tempo real. Por fim, a avaliação envolveu a análise rigorosa dos resultados obtidos por meio dos sensores, comparando o desempenho do sistema inteligente com o de uma instalação tradicional.

O aparato experimental foi meticulosamente construído em duas frentes distintas: um módulo de controle e um módulo de pesquisa. O módulo de controle foi composto por um microcontrolador Arduino Uno, um sensor de luminosidade para medir a luz natural, um sensor de presença infravermelho passivo para detectar a movimentação humana e um dimerizador eletrônico responsável por regular a intensidade das lâmpadas de LED dimerizáveis. O objetivo central desse módulo era automatizar a iluminação para atingir o nível ideal de lúmens sem desperdícios. Paralelamente, o módulo de pesquisa foi isolado eletricamente para garantir que seu próprio consumo não interferisse nas medições da lâmpada. Este segundo módulo contou com um voltímetro, um amperímetro, um módulo de relógio de tempo real para cronometragem precisa e um módulo de comunicação sem fio para o envio de dados para a nuvem.

A operação técnica do sistema inicia-se com a captura da intensidade do sinal elétrico emitido pelos sensores através das portas analógicas e digitais do Arduino. Esse sinal é processado pelo firmware desenvolvido em linguagem C++, que atua como um circuito lógico programável. O sensor de luminosidade fornece um valor que determina a necessidade de complementação artificial, enquanto o sensor de presença atua como um gatilho de segurança, bloqueando o sistema caso o ambiente esteja vazio. Os dados de consumo, tensão e corrente são empacotados e enviados via protocolo Message Queuing Telemetry Transport para um servidor na nuvem. Para a persistência das informações, utilizou-se uma instância Linux hospedando um script em Python que consome as mensagens do broker e as armazena em um banco de dados não relacional Firebase. Essa arquitetura permitiu o rastreamento contínuo do perfil de funcionamento do sistema em condições reais de uso doméstico.

O detalhamento dos componentes revela a complexidade da integração. O dimerizador opera através do controle de fase da corrente alternada, permitindo que a potência entregue à lâmpada seja ajustada de zero a 100%. O sensor de presença possui um temporizador interno e ajuste de sensibilidade, garantindo que o sistema não sofra interrupções bruscas por pequenos períodos de imobilidade do usuário. O sensor de luminosidade, baseado em um resistor dependente de luz, foi calibrado para identificar diferentes faixas de claridade, desde a penumbra total até a incidência direta de luz solar. No lado do software, o firmware foi programado para realizar leituras em intervalos de milissegundos, aplicando filtros de média móvel para evitar oscilações indesejadas na intensidade da lâmpada causadas por ruídos nos sensores.

A coleta de dados foi realizada em dois cenários distintos para fins comparativos. No primeiro cenário, o sistema operou de forma autônoma com todos os sensores e o dimerizador ativos. No segundo cenário, a mesma lâmpada foi ligada diretamente à rede elétrica, operando como uma lâmpada convencional acionada por um interruptor manual. O experimento foi repetido por vários dias consecutivos, entre 16 e 29 de maio de 2025, para validar a consistência dos dados obtidos. Durante o período de testes, o sistema enfrentou variações climáticas reais, incluindo dias ensolarados e tardes chuvosas com baixa luminosidade natural, o que proporcionou uma base de dados rica para a análise de desempenho em diferentes condições ambientais.

Os resultados obtidos revelaram que a economia média de energia elétrica foi de 28,6% ao comparar o sistema inteligente com o convencional. No entanto, uma análise detalhada por períodos do dia evidenciou comportamentos distintos na eficiência do aparato. Durante o período da noite, a eficiência foi significativamente superior, atingindo uma economia de 50,1%. Isso ocorre porque, na ausência total de luz natural, o sistema consegue otimizar a entrega de potência de acordo com a necessidade específica do ambiente e a presença detectada. Em contrapartida, nos períodos da manhã e da tarde, os resultados foram inesperados. No período matutino, o sistema consumiu 112,8% a mais de energia do que a lâmpada desligada, e no período vespertino, a economia foi de apenas 25,1% em algumas medições, chegando a apresentar consumo superior em dias de muita claridade.

A análise técnica desse fenômeno identificou que o dimerizador e o microcontrolador possuem um consumo residual constante, mesmo quando a lâmpada está virtualmente desligada ou operando em 0% de sua potência. Esse consumo de manutenção, estimado em aproximadamente 0,1 W, embora pareça insignificante de forma isolada, torna-se relevante quando acumulado ao longo de horas em que a iluminação artificial não seria necessária. Em um sistema convencional, o interruptor físico corta totalmente a passagem de corrente, resultando em consumo zero. No protótipo testado, a eletrônica de controle permanecia energizada para garantir a prontidão do sistema, o que acabou gerando um consumo excedente nos momentos de alta disponibilidade de luz natural.

Para refinar a análise, foi selecionada uma série temporal mais consistente, descartando dias com comportamentos atípicos ou fora do desvio padrão. Nessa série ajustada, observou-se que no período da manhã o sistema consumiu 296,6% mais energia do que o modelo tradicional, enquanto à tarde o consumo foi 51,7% superior. A economia real e efetiva concentrou-se no período noturno, com uma redução de 43,4% no consumo. Ao consolidar todos os períodos dessa série ajustada, a economia média final foi de apenas 2,7%. Esse valor está consideravelmente abaixo da expectativa inicial de 40% sugerida pela literatura técnica. Essa discrepância ressalta a importância de considerar o consumo ocioso dos componentes de automação no cálculo global de eficiência energética.

A discussão dos resultados aponta que, embora a lógica de dimerização por presença e luminosidade seja eficaz para reduzir o consumo da lâmpada em si, a infraestrutura de suporte necessária para essa inteligência pode comprometer o ganho energético se não for adequadamente projetada. O sistema demonstrou ser extremamente útil em ambientes onde a frequência de uso é irregular e onde há necessidade de manter níveis mínimos de iluminação por segurança ou conforto. No entanto, para que o aparato atinja seu potencial máximo de economia, são necessárias melhorias na arquitetura de hardware. Uma solução proposta é a inclusão de um relé eletromecânico ou de estado sólido que corte totalmente a alimentação do dimerizador e da lâmpada quando o sensor de luminosidade detectar luz natural suficiente ou quando o sensor de presença indicar que o ambiente está vazio por um longo período.

Além dos fatores técnicos, as condições climáticas exerceram influência direta nos dados. Em dias chuvosos, a baixa incidência de luz natural forçou o sistema a operar com maior potência durante a tarde, o que aumentou o consumo em comparação com dias claros. Isso demonstra que a eficiência de sistemas de iluminação inteligente é dependente da arquitetura do ambiente e de sua localização geográfica. Ambientes com grandes aberturas para iluminação natural tendem a favorecer a economia, pois reduzem o tempo de acionamento do sistema artificial. Por outro lado, em locais confinados ou com pouca ventilação de luz, o sistema de automação torna-se ainda mais vital para evitar o desperdício de lâmpadas acesas em potência máxima sem necessidade.

A experiência com o protótipo também permitiu avaliar a robustez da comunicação via Internet das Coisas. O protocolo Message Queuing Telemetry Transport mostrou-se extremamente eficiente para o envio de pequenas mensagens de dados com baixo consumo de largura de banda, o que é ideal para dispositivos de automação residencial. A integração com o banco de dados Firebase facilitou a visualização dos dados em tempo real e a exportação para ferramentas de análise estatística. O uso de scripts em Python para o processamento de dados na nuvem provou ser uma solução escalável, permitindo que múltiplos sensores fossem monitorados simultaneamente sem perda de desempenho.

A análise das limitações do estudo indica que o período de testes, embora suficiente para validar o conceito, poderia ser expandido para cobrir diferentes estações do ano. As variações na inclinação solar e na duração dos dias ao longo do ano certamente trariam novos matizes para os dados de consumo. Além disso, a utilização de diferentes tipos de lâmpadas LED poderia revelar variações na resposta ao dimerizador, uma vez que nem todos os drivers de LED possuem a mesma curva de eficiência em baixas potências. A sensibilidade dos sensores também é um ponto de atenção; o sensor de presença infravermelho pode sofrer interferências de fontes de calor, enquanto o sensor de luminosidade pode ser afetado por sombras momentâneas ou reflexos internos.

Apesar dos desafios encontrados, a implementação do sistema de Internet das Coisas para controle de iluminação representa um avanço significativo na busca por residências mais inteligentes e sustentáveis. A capacidade de coletar, processar e agir sobre dados ambientais em tempo real abre portas para uma gestão energética muito mais precisa do que os métodos manuais tradicionais. O estudo evidenciou que a inteligência artificial aplicada ao hardware não deve apenas focar na tarefa principal, que é iluminar, mas também na gestão de seu próprio consumo energético. A otimização do firmware para entrar em modos de baixo consumo (sleep mode) e o uso de componentes com menor corrente de fuga são caminhos essenciais para futuras iterações deste projeto.

A integração entre sensores e atuadores mediada por microcontroladores acessíveis democratiza o acesso à automação residencial. O que antes era restrito a sistemas proprietários caros e complexos, hoje pode ser desenvolvido com ferramentas de código aberto e componentes de prateleira. Essa acessibilidade permite que soluções de economia de energia sejam customizadas para as necessidades específicas de cada usuário ou ambiente, potencializando os resultados. A discussão sobre eficiência energética deve, portanto, caminhar junto com a evolução da engenharia de software e de hardware, garantindo que a tecnologia seja uma aliada na preservação dos recursos naturais e na redução de custos operacionais.

Conclui-se que o objetivo foi atingido, uma vez que o protótipo foi construído, testado e os dados estatísticos foram coletados e analisados com rigor. A economia média de 28,6% demonstra a viabilidade do sistema, embora a análise detalhada tenha revelado que o consumo ocioso dos componentes eletrônicos pode reduzir drasticamente a eficiência em períodos de alta luminosidade natural. A identificação dessa limitação técnica aponta para a necessidade de implementar mecanismos de corte total de energia, como relés automáticos, para evitar o consumo residual do dimerizador. O estudo confirmou que a integração de sensores de presença e luminosidade via Internet das Coisas é uma ferramenta poderosa para a gestão energética, mas exige um projeto de hardware que minimize o consumo da própria infraestrutura de controle para que os benefícios econômicos e ambientais sejam plenamente realizados.

Referências Bibliográficas:

Associação Brasileira de Normas Técnicas [ABNT]. Disponível em: <https://abnt.org.br/>. Acesso em: 31 mar. 2025

BRASIL, lei nº 6.514, de 22 de dezembro de 1977 da Consolidação das Leis do Trabalho. Disponível em: <https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/l6514.htm>. Acesso em: 31 mar. 2025

Empresa de Pesquisa Energética, EPE – Anuário Estatístico de Energia Elétrica. Disponível em: <https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/anuario-estatistico-de-energia-eletrica>. Acesso em: 02 abr. 2025

Pinto, D. M. de O. 2016 – Sistemas de Controlo de Iluminação Pública – Universidade de Coimbra. Disponível em: <https://hdl.handle.net/10316/40438>. Acesso em: 31 mar. 2025

Resumo executivo oriundo de Trabalho de Conclusão de Curso de MBA em Engenharia de Software

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