O padrão LoRaWAN define três tipos de dispositivos: Classe A, Classe B e Classe C. Todos os dispositivos LoRaWAN devem implementar Classe A, enquanto Classe B e Classe C são extensões da especificação de dispositivos Classe A. Todas as classes de dispositivos suportam comunicação bidirecional (uplink e downlink). Durante atualizações de firmware over-the-air (FUOTA), um dispositivo deve ser alterado para Classe B ou Classe C.

Observação: Os dispositivos finais não podem enviar mensagens de uplink enquanto recebem mensagens de downlink.

Classe A

Todos os dispositivos finais LoRaWAN devem suportar implementação de Classe A. Um dispositivo Classe A pode enviar uma mensagem de uplink a qualquer momento. Assim que a transmissão de uplink for concluída, o dispositivo abre duas janelas curtas de recebimento para receber mensagens de downlink da rede. Existe um atraso entre o final da transmissão do uplink e o início de cada janela de recepção, conhecido como RX1 Delay e RX2 Delay, respectivamente. Se o servidor de rede não responder durante estas duas janelas de recepção, o próximo downlink será agendado imediatamente após a próxima transmissão de uplink.

LoRaWan Classes

O servidor de rede pode responder durante a primeira janela de recebimento (RX1) ou a segunda janela de recebimento (RX2), mas não usa ambas as janelas. Vamos considerar três situações para mensagens de downlink conforme ilustrado abaixo.

LoRaWan Classes

  • O dispositivo final abre ambas as janelas de recebimento, mas não recebe uma mensagem de downlink durante nenhuma das janelas de recebimento.
  • O dispositivo final recebe um downlink durante a primeira janela de recepção e, portanto, não abre a segunda janela de recepção.
  • O dispositivo final abre a primeira janela de recebimento, mas não recebe um downlink. Portanto, ele abre a segunda janela de recebimento e recebe um downlink durante a segunda janela de recebimento.

Os dispositivos finais Classe A têm um consumo de energia muito baixo. Portanto, eles podem operar com bateria. Eles passam a maior parte do tempo em modo de suspensão e geralmente têm longos intervalos entre uplinks. Além disso, os dispositivos Classe A têm alta latência de downlink, pois exigem o envio de um uplink para receber um downlink.

A seguir estão algumas aplicações  para dispositivos finais Classe A:

  • Monitoramento ambiental;
  • Rastreamento de animais;
  • Detecção de incêndio florestal;
  • Detecção de vazamento de água;
  • Estacionamento inteligente;
  • Rastreamento de ativo;
  • Gestão de resíduos.

Classe B

Os dispositivos Classe B estendem os recursos da Classe A abrindo periodicamente janelas de recebimento chamadas slots de ping para receber mensagens de downlink. A rede transmite periodicamente um beacon sincronizado no tempo (unicast e multicast) através dos gateways, que é recebido pelos dispositivos finais. Esses beacons fornecem uma referência de tempo para os dispositivos finais, permitindo-lhes alinhar seus relógios internos com a rede. Isso permite que o servidor de rede saiba quando enviar um downlink para um dispositivo específico ou grupo de dispositivos. O tempo entre dois beacons é conhecido como período de beacon.

Após um uplink, as duas janelas de recepção curtas, RX1 e RX2, serão abertas de forma semelhante aos dispositivos Classe A.

LoRaWan Classes

Os dispositivos finais de Classe B têm baixa latência para downlinks em comparação com os dispositivos finais de Classe A porque abrem slots de ping periodicamente. No entanto, eles têm uma latência muito maior que os dispositivos finais Classe C. Os dispositivos de classe B geralmente são alimentados por bateria. A duração da bateria é menor na Classe B em comparação com a Classe A porque os dispositivos passam mais tempo no modo ativo devido ao recebimento de beacons e aos slots de ping abertos. Devido à baixa latência para downlinks, o modo Classe B pode ser usado em dispositivos de aplicação crítica média, como medidores de concessionárias.

A seguir estão algumas aplicações para dispositivos finais Classe B:

  • Medidores de serviços públicos (eletricidade, água, gás, etc.);
  • Iluminação pública.

Os dispositivos Classe B também podem operar no modo Classe A.

Classe C

Os dispositivos Classe C estendem os recursos da Classe A, mantendo as janelas de recepção abertas, a menos que transmitam um uplink, conforme mostrado na figura abaixo. Portanto, os dispositivos Classe C podem receber mensagens de downlink quase a qualquer momento, tendo assim uma latência muito baixa para downlinks. Essas mensagens de downlink podem ser usadas para ativar certas funções de um dispositivo, como reduzir o brilho de uma luz pública ou ligar a válvula de corte de um hidrômetro.

Os dispositivos Classe C abrem duas janelas de recepção, RX1 e RX2, semelhantes à Classe A. No entanto, a janela de recepção RX2 permanece aberta até a próxima transmissão de uplink. Depois que o dispositivo envia um uplink, uma janela curta de recebimento RX2 é aberta, seguida por uma janela curta de recebimento RX1 e, em seguida, a janela contínua de recebimento RX2 é aberta. Esta janela de recebimento do RX2 permanece aberta até que o próximo uplink seja agendado. Os uplinks são enviados quando não há nenhum downlink em andamento.

LoRaWan Classes

Comparados aos dispositivos Classe A e Classe B, os dispositivos Classe C têm a latência mais baixa. Porém, eles consomem mais energia devido à necessidade de abertura de slots de recepção contínua. Como resultado, estes dispositivos não podem ser operados com baterias por muito tempo, necessitando serem alimentados pela rede elétrica.

A seguir estão alguns dos casos de uso para dispositivos finais Classe C:

  • Medidores de serviços públicos (eletricidade, água, gás, etc.);
  • Iluminação pública;
  • Faróis de navegação;
  • Alarmes.

Os dispositivos Classe C também podem operar no modo Classe A.

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/classes/

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Neste post, você aprenderá sobre os diferentes tipos de mensagens usados ​​no LoRaWAN 1.0.x e 1.1. Esses tipos de mensagens são usados ​​para transportar comandos MAC e dados de aplicativos. O exame de certificação Things Fundamentals espera que você tenha conhecimento básico sobre os seguintes tópicos em relação aos tipos de mensagens:

  • Mensagens de uplink e downlink;
  • Tipos de mensagens MAC e seus usos;
  • Envio de comandos MAC no campo FOpts;
  • Envio de comandos MAC e dados de aplicação no campo FRMPayload;
  • Chaves usadas para criptografar cada campo que carrega comandos MAC e dados de aplicativos;
  • Chaves usadas para calcular o Código de Integridade da Mensagem (MIC) de cada mensagem.

Mensagens de uplink e downlink

As mensagens LoRa podem ser divididas em mensagens de uplink e downlink com base na direção em que viajam.

Mensagens de uplink 

As mensagens de uplink são enviadas por dispositivos finais para o Network Server retransmitidas por um ou mais gateways. Se a mensagem de uplink pertencer ao Application Server ou ao Join Server, o servidor da rede a encaminhará para o receptor correto.

Mensagens de downlink

Cada mensagem de downlink é enviada pelo Network Server para apenas um dispositivo final e retransmitida por um único gateway. Isso inclui algumas mensagens iniciadas pelo Application Server e pelo Join Server também.

Tipos de mensagens MAC

LoRaWAN define vários tipos de mensagens MAC. A tabela a seguir apresenta os tipos de mensagens MAC que podem ser encontrados no LoRaWAN 1.0.x e 1.1.

LoRaWAN 1.0.x LoRaWAN 1.1 Description
Join-request Join-request An uplink message, used by the over-the-air activation (OTAA) procedure
Join-accept Join-accept A downlink message, used by the over-the-air activation (OTAA) procedure
Unconfirmed Data Up Unconfirmed Data Up An uplink data frame, confirmation is not required
Unconfirmed Data Down Unconfirmed Data Down A downlink data frame, confirmation is not required
Confirmed Data Up Confirmed Data Up An uplink data frame, confirmation is requested
Confirmed Data Down Confirmed Data Down A downlink data frame, confirmation is requested
RFU Rejoin-request 1.0.x – Reserved for Future Usage1.1 – Uplink over-the-air activation (OTAA) Rejoin-request
Proprietary Proprietary Used to implement non-standard message formats

Mensagens de solicitação de adesão, solicitação de reingresso e aceitação de adesão

No LoRaWAN 1.0.x, dois tipos de mensagens MAC são usados ​​pelo procedimento Over-The-Air-Activation (OTAA):

  • Solicitação de adesão Join-request
  • Aceite Join-accept

No LoRaWAN 1.1, três tipos de mensagens MAC são usados ​​pelo procedimento Over-The-Air-Activation (OTAA) e para fins de roaming:

  • Solicitação de adesão Join-request
  • Aceite Join-accept
  • Solicitação de reingresso Rejoin-request

Solicitação de adesão

A mensagem de solicitação de adesão é sempre iniciada por um dispositivo final e enviada ao Network Server. Nas versões LoRaWAN anteriores a 1.0.4, a mensagem de solicitação de adesão é encaminhada pelo Network Server para o Application Server. No LoRaWAN 1.1 e 1.0.4+, o Network Server encaminha a mensagem de solicitação de ingresso para o servidor de ingresso do dispositivo. A mensagem de solicitação de adesão não é criptografada.

Aceite de adesão

Nas versões LoRaWAN anteriores a 1.0.4, a mensagem Join-accept é gerada pelo Application Server. No LoRaWAN 1.1 e 1.0.4+ a mensagem Join-accept é gerada pelo Join Server. Em ambos os casos a mensagem passa pelo Network Server. Em seguida, o Network Server encaminha a mensagem Join-accept para o dispositivo final correto. A mensagem Join-accept é criptografada da seguinte maneira.

  • No LoRaWAN 1.0, a mensagem Join-accept é criptografada com AppKey.
  • No LoRaWAN 1.1, a mensagem Join-accept é criptografada com chaves diferentes, conforme mostrado na tabela abaixo.
If triggered by Encryption Key
Join-request NwkKey
Rejoin-request type 0, 1, and 2 JSEncKey

Solicitação de reingresso

A mensagem de solicitação de reingresso é sempre iniciada por um dispositivo final e enviada ao Network Server. Existem três tipos de mensagens de solicitação de reingresso: Tipo 0, 1 e 2. Esses tipos de mensagens são usados ​​para inicializar o novo contexto de sessão para o dispositivo final. Para a mensagem de solicitação de reingresso, a rede responde com uma mensagem de aceitação de ingresso.

Mensagens de dados

Existem 4 tipos de mensagens de dados usados ​​​​no LoRaWAN 1.0.x e 1.1. Esses tipos de mensagens de dados são usados ​​para transportar comandos MAC e dados de aplicativos que podem ser combinados em uma única mensagem. As mensagens de dados podem ser confirmadas ou não confirmadas. As mensagens de dados confirmadas devem ser reconhecidas pelo receptor, enquanto as mensagens de dados não confirmadas não precisam ser reconhecidas pelo receptor.

Uma mensagem de dados é construída conforme mostrado abaixo:

LoRWAN mensagem de dados

A carga útil MAC das mensagens de dados consiste em um cabeçalho (FHDR) seguido por um campo opcional de porta (FPort) e uma carga útil de opcional (FRMPayload).

7 to 22 bytes 0 to 1 byte 0 to N bytes
FHDR FPort FRMPayload

O cabeçalho (FHDR) da carga útil MAC consiste dos seguintes campos:

4 bytes 1 byte 2 bytes 0 to 15 bytes
DevAddr FCtrl FCnt FOpts

O comprimento máximo do campo MAC Payload é específico da região e da taxa de dados e pode ser encontrado no post sobre Parâmetros Regionais.

Envio de comandos MAC e dados específicos do aplicativo

Uma mensagem de dados pode conter qualquer sequência de comandos MAC. Uma mensagem de dados pode transportar comandos MAC e dados de aplicação simultaneamente em campos separados. Os comandos MAC podem ser enviados no campo (FOpts) ou no campo de carga útil (FRMPayload) de uma mensagem de dados, mas não ambos simultaneamente. Os dados do aplicativo podem ser enviados no campo de carga útil (FRMPayload) de uma mensagem de dados. O campo FRMPayload NÃO PODE conter comandos MAC e dados de aplicativos simultaneamente.

Enviando comandos MAC no campo FOpts

Os comandos MAC podem ser incluídos no campo FOpts de uma mensagem de dados para envio. O comprimento total dos comandos MAC NÃO DEVE exceder 15 bytes.

  • No LoRaWAN 1.0.x, esses comandos MAC acoplados são sempre enviados sem criptografia;
  • No LoRaWAN 1.1, esses comandos MAC acoplados são sempre enviados criptografados usando o NwkSEncKey.

Envio de comandos MAC e dados específicos do aplicativo no campo FRMPayload

O campo FRMPayload pode conter comandos MAC ou dados de aplicativos. Se o campo FRMPayload não estiver vazio, o campo FPort deverá estar presente. Se o campo FPort estiver presente, então:

  • O valor FPort=0 indica que o campo FRMPayload contém apenas comandos MAC. O comprimento total dos comandos MAC NÃO DEVE exceder o comprimento máximo do FRMPayload (específico da região);
  • O valor FPort=1 a 223 indica que o campo FRMPayload contém dados do aplicativo.

A tabela a seguir mostra os valores possíveis para o campo FPort dependendo do que ele carrega.

FPort Value Description
0 MAC commands only
1 to 223 Application-specific data
224 LoRaWAN MAC layer test protocol
255 Reserved for Future Use (RFU)

Se o campo FRMPaylod contiver comandos MAC ou dados de aplicativo, o campo FRMPayload deverá ser criptografado antes que o Código de Integridade da Mensagem (MIC) seja calculado. Isso garante a confidencialidade da mensagem. A tabela a seguir mostra qual chave é usada para criptografar o campo FRMPayload em diferentes versões LoRaWAN.

FRMPayload Direction FPort 1.0.x 1.1
MAC Commands Uplink/Downlink 0 NwkSKey NwkSEncKey
Application-specific data Uplink/Downlink 1 to 223 AppSKey AppSKey

Calculando o Código de Integridade da Mensagem (MIC)

O Código de Integridade da Mensagem (MIC) garante a integridade e autenticidade de uma mensagem. O código de integridade da mensagem é calculado em todos os campos da mensagem e depois adicionado à própria mensagem. A lista a seguir mostra quais campos são usados ​​para calcular o MIC para cada tipo de mensagem no LoRaWAN 1.0.x e 1.1.

LoRaWAN version Message Type Fields
1.0.x Join-request MHDR | AppEUI | DevEUI | DevNonce
1.0.x Join-accept MHDR | AppNonce | NetID | DevAddr | DLSettings | RxDelay | CFList
1.0.x Data messages (up and down) MHDR | FHDR | FPort | FRMPayload
1.1 Join-request MHDR | JoinEUI | DevEUI | DevNonce
1.1 Join-accept MHDR | JoinNonce | NetID | DevAddr | DLSettings | RxDelay | CFList
1.1 Rejoin-request Type 0 and 2 MHDR | Rejoin Type | NetID | DevEUI | RJcount0
1.1 Rejoin-request Type 1 MHDR | Rejoin Type | JoinEUI | DevEUI | RJcount1
1.1 Data messages (up and down) MHDR | FHDR | FPort | FRMPayload

A tabela a seguir apresenta qual chave é usada para calcular o MIC de cada tipo de mensagem no LoRaWAN 1.0.x e 1.1.

LoRaWAN version Message Type Key
1.0.x Join-request AppKey
1.0.x Join-accept AppKey
1.0.x Uplink data message NwkSKey
1.0.x Downlink data messages NwkSKey
1.1 Join-request NwkKey
1.1 Join-accept JSIntKey
1.1 Rejoin-request Type 0 and 2 SNwkSIntKey
1.1 Rejoin-request Type 1 JSIntKey
1.1 Uplink data messages FNwkSIntKey and SNwkSIntKey
1.1 Downlink data message SNwkSIntKey

Quando um dispositivo LoRaWAN 1.1 é provisionado com um servidor de rede LoRaWAN 1.0.x, o MIC de cada mensagem é calculado conforme mostrado na tabela a seguir.

Message Type Key
Join-request NwkKey
Join-accept NwkKey
Uplink data messages FNwkSIntKey
Downlink data messages FNwkSIntKey

 

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/message-types/

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LoRaWAN opera em espectro de rádio não licenciado. Isto significa que qualquer pessoa pode usar as frequências de rádio sem ter que pagar taxas pela operação. É semelhante ao WiFi, que utiliza as bandas ISM de 2,4 GHz e 5 GHz em todo o mundo. Qualquer pessoa pode configurar roteadores WiFi e transmitir sinais WiFi sem a necessidade de licença ou autorização de uso e operação.

LoRaWAN usa frequências de rádio mais baixas com maior alcance. O fato de as frequências terem um alcance maior também acarreta mais restrições que muitas vezes são específicas de cada país. Isto representa um desafio para o LoRaWAN, que tenta ser o mais uniforme possível em todas as diferentes regiões do mundo. Como resultado, LoRaWAN é especificado para diversas bandas nessas regiões. Essas faixas de operação são semelhantes o suficiente para suportar um protocolo independentemente da região, mas têm uma série de consequências para a implementação dos sistemas backend.

  • LoRaWAN possui especificações regionais oficiais, chamadas Parâmetros Regionais, que você pode baixar no site da LoRa Alliance.
  • Estas especificações regionais LoRaWAN também não especificam tudo. Eles cobrem apenas uma região especificando o denominador comum. Por exemplo, os parâmetros regionais LoRaWAN para a Ásia especificam apenas um subconjunto comum de canais – mas existem variações entre as regulamentações nos países asiáticos. Além disso, cada operador de servidor de rede é livre para selecionar parâmetros adicionais, tais como canais de emissão adicionais. Chamamos esses parâmetros de Outros. Para The Things Network, eles são definidos no repositório GitHub.
  • Em alguns países, pode ser utilizado mais de um plano de frequência. Por exemplo, nos Países Baixos, tanto o EU868-870 como o EU433 podem ser utilizados.
  • Os parâmetros regionais incluem parâmetros da camada física, como planos de frequência (planos de canais), frequências de canais obrigatórias e taxas de dados para mensagens de solicitação de adesão. Os parâmetros regionais também incluem parâmetros da camada LoRaWAN, como tamanho máximo da carga útil.
  • Apresentamos aqui detalhes sobre a banda EU863-870 e a banda ISM US902-928. Mostramos também alguns parâmetros importantes envolvidos em outros planos de frequências.

LoRaWan Frequencies

Planos de frequência comuns

LoRaWAN opera nas bandas ISM (Industrial, Scientific, and Medical) não licenciadas. A tabela abaixo lista os planos de frequência mais recentes e seus nomes comuns.

Plano de frequência Nome comum            
EU863-870 EU868
US902-928 US915
CN779-787 CN779
EU433 EU433
AU915-928 AU915
CN470-510 CN470
AS923 AS923
KR920-923 KR920
IN865-867 IN865
RU864-870 RU864

Banda EU863-870

A faixa EU863-870 pode ser aplicada a qualquer região onde a utilização do espectro radioelétrico seja definida pela norma ETSI [EN300.220]. A banda EU863-870 é utilizada em todos os países europeus e em alguns países fora da Europa, por exemplo, Bahrein (BH), localizado no Médio Oriente. A faixa EU863-870 implica faixas de frequência de 863 MHz a 870 MHz, mas alguns países usam faixas de frequência ligeiramente diferentes. Por exemplo, a Albânia (AL) utiliza 863-873 MHz.

Canais padrão EU863-870

Os três canais padrão a seguir devem ser implementados em todos os dispositivos finais que suportam a banda EU863-870. Esses canais são usados ​​pelo dispositivo final para transmitir a mensagem de solicitação de adesão. O dispositivo final seleciona aleatoriamente um dos canais padrão para enviar a mensagem de solicitação de adesão.

Frequência (MHz) Largura de banda (kHz) LoRa data rate Bit rate
868.10 125 DR0 – DR5 0.3 – 5 kbps
868.30 125 DR0 – DR5 0.3 – 5 kbps
868.50 125 DR0 – DR5 0.3 – 5 kbps

Para dispositivos compatíveis com LoRaWAN versão 1.0.x, esses três canais padrão não devem ser modificados, mas para dispositivos compatíveis com LoRaWAN versão 1.1 e posteriores, esses canais podem ser modificados por meio do comando NewChannelReq.

A banda EU863-870 suporta um máximo de 16 canais. Durante a ativação do dispositivo final, canais adicionais podem ser especificados. Por exemplo, The Things Network usa as 5 frequências adicionais a seguir para uplink.

  • 867,1MHz
  • 867,3MHz
  • 867,5MHz
  • 867,7MHz
  • 867,9MHz

Para downlink, The Things Network usa uma frequência fixa adicional para o slot de recepção RX2:

  • 869,525 MHz em DR0 (SF12/125 kHz).

Duty cycle EU863-870

O Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações (ETSI) define o ciclo de trabalho máximo para a frequência EU863-870 em 1%, que é o tempo máximo que um dispositivo pode passar em comunicação. Vamos dar uma olhada em como calcular o tempo no ar permitido por dia (24 horas), por dispositivo final para alguns ciclos de trabalho comuns.

Duty cycle (max) Equação: Tempo-no-ar = número de segundos por dia X duty cycle Tempo-no-ar máximo permitido por dispositivo por dia
0.1% 86400 x 0.1% 86 segundos por dia
1% 86400 x 1% 864 segundos por dia
10% 86400 x 10% 8640 segundos por dia

Algumas operadoras de rede (como The Things Network) reduzem o ciclo de trabalho ainda mais do que o recomendado pela ESTI. Estes tipos de restrições são chamados de “Política de Acesso Justo”. Por exemplo, a política de acesso justo da The Things Network limita o tempo de transmissão do uplink a 30 segundos por dia por nó e as mensagens de downlink a 10 mensagens por dia por nó.

Taxas de dados EU863-870

A taxa de dados é o número de bits transmitidos por unidade de tempo. Com a modulação LoRa, a taxa de dados depende de alguns fatores como fator de espalhamento, largura de banda e taxa de codificação. A tabela a seguir mostra a taxa de bits para cada taxa de dados (DR0 – DR6) configurada com o fator de espalhamento e a largura de banda.

Taxa de dados Configuração (SF + BW) Bit rate (bit/s)
0 LoRa: SF12 / 125 kHz 250
1 LoRa: SF11 / 125 kHz 440
2 LoRa: SF10 / 125 kHz 980
3 LoRa: SF9 / 125 kHz 1760
4 LoRa: SF8 / 125 kHz 3125
5 LoRa: SF7 / 125 kHz 5470
6 LoRa: SF7 / 250 kHz 11000

Como se observa, fatores de espalhamento mais altos causam taxas de bits mais baixas e fatores de espalhamento mais baixos causam taxas de bits mais altas. No entanto, para o mesmo fator de espalhamento, se a largura de banda duplicar, a taxa de dados também duplicará. Você aprenderá mais sobre isso Fatores de propagação.

Todos os dispositivos finais EU868-870 devem suportar uma das seguintes opções de taxa de dados.

  • DR0 – DR5 – conjunto de taxa de dados mínima suportada para obter a certificação LoRaWAN.
  • DR0 – DR7
  • DR0 – DR11 – todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final

EU863-870 EIRP/ERP máximo

A Potência Isotrópica Radiada Efetiva (EIRP) é a potência total irradiada por uma antena isotrópica em uma única direção. O ganho da antena é expresso em dBi para antenas isotrópicas.

A tabela a seguir mostra a lista de valores EIRP que podem ser usados ​​para transmitir dados.

Potência TX  EIRP Valor calculado
0 Max EIRP +16 dBm
1 Max EIRP – 2 dB +16 dBm – 2 dB = +14 dBm
2 Max EIRP – 4 dB +16 dBm – 4 dB = +12 dBm
3 Max EIRP – 6 dB +16 dBm – 6 dB = +10 dBm
4 Max EIRP – 8 dB +16 dBm – 8 dB = +8 dBm
5 Max EIRP – 10 dB +16 dBm – 10 dB = +6 dBm
6 Max EIRP – 12 dB +16 dBm – 12 dB = +4 dBm
7 Max EIRP – 14 dB +16 dBm – 14 dB = +2 dBm

O EIRP máximo para EU863-870 é +16dBm.

Os valores EIRP e ERP mencionados acima também podem ser expressos em miliwatts (mW). Por exemplo:

  • +16 dBm = 40 mW
  • +14 dBm = 25 mW
  • +27 dBm = 500 mW

Tamanho máximo da carga útil EU863-870

O tamanho máximo da carga útil do aplicativo (comprimento) varia de acordo com a taxa de dados. A tabela a seguir mostra o tamanho máximo da carga útil do aplicativo (FRMPayload) para diferentes taxas de dados.

Taxa de dados Configuração (SF+BW) Máxima carga útil  (bytes)
0 LoRa: SF12 / 125 kHz 51
1 LoRa: SF11 / 125 kHz 51
2 LoRa: SF10 / 125 kHz 51
3 LoRa: SF9 / 125 kHz 115
4 LoRa: SF8 / 125 kHz 242
5 LoRa: SF7 / 125 kHz 242
6 LoRa: SF7 / 250 kHz 242

Resumo EU863-870

A tabela a seguir resume todos os parâmetros importantes para a banda EU863-870.

Faixa de frequência 863-870 MHz
Canais de frequência para solicitação de entrada na rede 868.10868.30

868.50

Taxa de dados 0-5 (conjunto mínimo para certificação)
Taxa de dados opcional 6-7 ou 6-11
Número de canais 163 default + 5 opcional

Esses 5 canais opcionais e os 8 canais restantes podem ser modificados/preenchidos pelo comando NewChannelReq

Canais Default 0, 1, 2
Duty cycle < 1%
Limitação de Dwell time Não
Max EIRP / ERP +16 dBm (40 mW) / +14 dBm (25 mW)

Esta é a potência irradiada pela antena isotrópica/antena dipolo de meia onda (não a potência do transmissor)

Máximo ganho de antena 2.15 dBi oro 0 dBd
Taxa de dados RX2 default DR0 (SF12 / 125 kHz)
Frequência RX2 default 869.525 MHz

Banda ISM US902-928

Descrevemos aqui os parâmetros regionais para os EUA, Canadá e todos os outros países que utilizam a banda ISM 902-928.

Planos de frequência US902-928

A banda ISM US902-928 está dividida nos seguintes planos de frequência, conforme mostrado na tabela abaixo.

Uplink/Downlink Canais Faixa Faixa de frequência Largura Taxa de dados
Uplink 64 0 – 63 902.3 – 914.9 MHz em incrementos de 200 kHz 125 kHz DR0 – DR3
Uplink 8 64 – 71 903.0 – 914.2 MHz em incrementos de 1.6 MHz 500 kHz DR4
Downlink 8 0 – 7 923.3 – 927.5 MHz em incrementos de 600 kHz 500 kHz DR8 – DR13

Taxas de dados US902-928

A tabela a seguir mostra a taxa de bits para cada taxa de dados configurada com o fator de espalhamento e a largura de banda.

  • DR0 – DR4 e DR8 – DR13 são usados ​​para modulação LoRa.
  • DR4 é idêntico ao DR12.
  • DR8 – DR13 são usados ​​apenas para mensagens de downlink.
Taxa de dados Configuração (SF + BW) Bit rate (bit/s) Uplink/Downlink?
0 LoRa: SF10 / 125 kHz 980 Uplink
1 LoRa: SF9 / 125 kHz 1760 Uplink
2 LoRa: SF8 / 125 kHz 3125 Uplink
3 LoRa: SF7 / 125 kHz 5470 Uplink
4 LoRa: SF8 / 500 kHz 12500 Uplink
5
6
7
8 LoRa: SF12 / 500 kHz 980 Downlink
9 LoRa: SF11 / 500 kHz 1760 Downlink
10 LoRa: SF10 / 500 kHz 3900 Downlink
11 LoRa: SF9 / 500 kHz 7000 Downlink
12 LoRa: SF8 / 500 kHz 12500 Downlink
13 LoRa: SF7 / 500 kHz 21900 Downlink
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Todos os dispositivos finais US902-928 deverão suportar uma das seguintes opções de taxa de dados.

  • DR0 – DR4 e DR8 – DR13 – o conjunto mínimo de taxas de dados necessário para obter a certificação LoRaWAN.
  • DR0 – DR13 – todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final

Ao usar a ativação Over-The-Air (OTAA), o dispositivo final deve transmitir a mensagem de solicitação de adesão em um canal selecionado aleatoriamente da seguinte maneira.

  • 64 canais (cada um com largura de banda de 125kHz) definidos usando DR0
  • 8 canais (cada um com largura de banda de 500kHz) definidos usando DR4

O dispositivo final deve mudar de canal para cada transmissão.

A potência máxima de saída irradiada permitida nos EUA é EIRP = +30 dBm, mas para a maioria dos dispositivos +20 dBm é suficiente. De acordo com a Comissão Federal de Comunicações (FCC), não há limitações de ciclo de trabalho, mas há um tempo de permanência máximo de 400 ms por canal. O tempo de permanência é a quantidade de tempo necessária para uma transmissão.

Tamanho máximo da carga útil US902-928

O tamanho máximo da carga útil do aplicativo (comprimento) varia de acordo com a taxa de dados (configurada com fator de difusão e largura de banda). A tabela a seguir mostra o tamanho máximo da carga útil do aplicativo (FRMPayload) (N) para diferentes taxas de dados.

Taxa de dados Configuração Máxima carga útil (bytes)
0 LoRa: SF10 / 125 kHz 11
1 LoRa: SF9 / 125 kHz 53
2 LoRa: SF8 / 125 kHz 125
3 LoRa: SF7 / 125 kHz 242
4 LoRa: SF8 / 500 kHz 242
5
6
7
8 LoRa: SF12 / 500 kHz 53
9 LoRa: SF11 / 500 kHz 129
10 LoRa: SF10 / 500 kHz 242
11 LoRa: SF9 / 500 kHz 242
12 LoRa: SF8 / 500 kHz 242
13 LoRa: SF7 / 500 kHz 242
14..15

Resumo US902-928

A tabela a seguir resume todos os parâmetros importantes para a banda US902-928.

Faixa de operação 902-928 MHz
Canais de frequência para solicitação de entrada na rede Upstream: 64 canais – 902.3 – 914.9 MHz em incrementos de 200 kHzUpstream: 8 canais – 903.0 – 914.2 MHz em incrementos de 1.6 MHz

Downstream: 8 canais – 923.3 – 927.5 MHz em incrementos de 600 kHz

Taxa de dados para solicitação de entrada na rede 64 (125kHz canais) usando DR0 e 8 (500kHz canais) usando DR4
Taxas de dados opcional 5-6
Número de canais Upstream: 64 (125kHz) + 8 (500 kHz)Downstream: 8 (500 kHz)
Canais default Ch0 – Ch71
Duty cycle Sem limites
Limitação de Dwell time Ch0-Ch63: 400 msCh64-Ch71: No
Máximo EIRP (default) – Potência de TX 0 +30 dBm
Taxa de dados RX2 default DR8
Frequência RX2 default 923.3 MHz

Outros planos de frequência

A seguir, veja alguns parâmetros importantes que estão incluídos em outros planos de frequência.

  • CN779-787: Aplica-se à China. O ciclo de trabalho é <1% e não há limitação de tempo de permanência. O EIRP máximo padrão permitido é +12,15 dBm.
  • AU915-928: Aplica-se à Austrália e a todos os outros países cuja banda se estende de 915 a 928 MHz. Não há limitação de ciclo de trabalho aplicável e a limitação do tempo de permanência é de 400 ms. O EIRP máximo padrão permitido é +30 dBm.
  • AS923: Aplicado para múltiplas regiões (alguns países da Ásia e Oceania). Todos os dispositivos finais operados no Japão devem executar Listen Before Talk (LBT) com base nos regulamentos ARIB STD-T108.
  • KR920: Os regulamentos da Coreia do Sul permitem a escolha de usar uma limitação de ciclo de trabalho ou gerenciamento de transmissão de Agilidade de Frequência Adaptativa Ouvir Antes de Falar (LBT AFA).
  • IN865: Aplica-se à Índia. O EIRP máximo padrão permitido é +30 dBm.

Configurações padrão para todas as regiões

Existem algumas configurações padrão recomendadas que podem ser aplicadas a todas as regiões.

  • Atraso RX1: 1s
  • Atraso RX2: 2s (atraso RX1 + 1s)
  • Atraso 1 no aceite de ingresso: 5s
  • Atraso 2 no aceite de ingresso: 6s

Plano de frequência para o Brasil

Brasil AU915-928 ANATEL – Resolução No. 680, de 27 de Junho de 2017 
ANATEL – Ato No. 14448, 4 de Dezembro de 2017

 

 

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/regional-parameters/

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As topologias de rede LoRaWAN tem o formato de constelações de estrelas. Um exemplo típico pode ser visto na figura abaixo.

Arquitetura LoraWan

  • Dispositivos finais (End Devices) – sensores ou atuadores enviam mensagens sem fio moduladas LoRa para os gateways ou recebem mensagens sem fio de volta dos gateways. .
  • Gateways – recebem mensagens de dispositivos finais e as encaminham para o servidor de rede.
  • Servidor de rede (Network Server) – um software executado em um servidor que gerencia toda a rede.
  • Servidores de aplicativos (Application servers) – um software executado em um servidor responsável pelo processamento seguro dos dados do aplicativo.
  • Servidor de ingresso (Join Server) – um software executado em um servidor que processa mensagens de solicitação de ingresso enviadas por dispositivos finais (o servidor de ingresso não é mostrado na figura acima).

Os dispositivos finais comunicam-se com gateways próximos e cada gateway está conectado ao servidor de rede. As redes LoRaWAN usam um protocolo baseado em ALOHA, portanto, os dispositivos finais não precisam fazer peering com gateways específicos.

O protocolo ALOHA é um protocolo de acesso ao meio utilizado em redes de comunicação para transmitir dados. Existem duas variantes principais do protocolo ALOHA:

    • ALOHA Puro: Nesse protocolo, os dispositivos podem transmitir dados a qualquer momento, sem se preocupar com a atividade dos outros dispositivos na rede. No entanto, isso pode levar a colisões de dados, onde dois ou mais dispositivos tentam transmitir ao mesmo tempo, causando a perda de pacotes.
    • ALOHA Ranhurado: O ALOHA ranhurado divide o tempo em intervalos de tempo chamados de “ranhuras” ou “slots”. Os dispositivos só podem transmitir dados no início de uma ranhura. Isso reduz significativamente as colisões, tornando o protocolo mais eficiente em termos de utilização do meio.

O ALOHA foi uma das primeiras abordagens para controle de acesso ao meio e foi desenvolvido na década de 1960 na Universidade do Havaí.

As mensagens enviadas de dispositivos finais viajam por todos os gateways dentro do alcance. Estas mensagens são recebidas pelo Network Server. Se o Network Server recebeu múltiplas cópias da mesma mensagem, ele mantém uma única cópia da mensagem e descarta outras. Vamos examinar detalhadamente cada elemento da rede LoRaWAN. 

Dispositivos finais

Um dispositivo final LoRaWAN pode ser um sensor, um atuador ou ambos. Frequentemente, eles funcionam com bateria. Esses dispositivos finais são conectados sem fio à rede LoRaWAN por meio de gateways usando modulação LoRa RF. A figura a seguir mostra um dispositivo final que consiste em sensores como temperatura, umidade e detecção de queda.

Arquitetura LoraWan

Gateways

Cada gateway é registrado (usando definições de configuração) em um servidor de rede LoRaWAN. Um gateway recebe mensagens LoRa de dispositivos finais e simplesmente as encaminha para o servidor de rede LoRaWAN. Os gateways são conectados ao servidor de rede usando um backhaul, como links de celular (3G/4G/5G), WiFi, Ethernet, fibra óptica ou rádio de 2,4 GHz.

Tipos de Gateways LoRaWAN

Os gateways LoRaWAN podem ser categorizados em gateways internos (picocell) e externos (macrocell).

Os gateways internos são econômicos e adequados para fornecer cobertura em locais internos profundos (espaços cobertos por várias paredes), porões e edifícios com vários andares. Esses gateways possuem antenas internas ou antenas externas “pigtail”. Ainda assim, dependendo do ambiente físico interno, alguns gateways internos podem receber mensagens de sensores localizados a vários quilômetros de distância.

A figura a seguir mostra o gateway The Things Indoor projetado para ser conectado diretamente a uma tomada CA.

Arquitetura LoraWan

Os gateways externos fornecem uma cobertura maior do que os gateways internos. Eles são adequados para fornecer cobertura tanto em áreas rurais como urbanas. . Esses gateways podem ser montados em torres de celular, telhados de edifícios muito altos, tubos de metal (mastros), etc. Normalmente, um gateway externo possui uma antena externa (ou seja, antena de fibra de vidro) conectada por meio de um cabo coaxial. Se você é bom em adaptar produtos eletrônicos, pode converter alguns gateways internos em externos usando gabinetes à prova de água/poeira e adicionando antenas externas.

A figura a seguir mostra um gateway externo LoRaWAN. Possui conectores para conexão de antenas externas LoRaWAN, 3G/4G e GPS. Você consegue descobri-los?

Arquitetura LoraWan

A sensibilidade dos gateways externos normalmente é maior que a dos gateways internos.

Servidores de rede – Network Server

O Network Server gerencia gateways, dispositivos finais, aplicativos e usuários em toda a rede LoRaWAN.

Um servidor de rede LoRaWAN típico possui os seguintes recursos.

  • Estabelecer conexões seguras AES de 128 bits para o transporte de mensagens entre dispositivos finais e o Application Server (segurança ponta a ponta);
  • Validando a autenticidade dos dispositivos finais e a integridade das mensagens;
  • Desduplicando mensagens de uplink;
  • Selecionando o melhor gateway para rotear mensagens de downlink;
  • Envio de comandos ADR para otimizar a taxa de dados dos dispositivos;
  • Verificação de endereço do dispositivo;
  • Fornecimento de confirmações de mensagens de dados de uplink confirmadas;
  • Encaminhando cargas de aplicativos de uplink para os servidores de aplicativos apropriados;
  • Rotear cargas úteis do aplicativo de uplink para o servidor de aplicativos apropriado;
  • Encaminhando mensagens de solicitação de adesão e aceitação de adesão entre os dispositivos e o servidor de adesão;
  • Respondendo a todos os comandos da camada MAC.

Servidor de aplicativos – Application Server

O Application Server processa mensagens de dados específicas da aplicação recebidas de dispositivos finais. Ele também gera todas as cargas de downlink da camada de aplicação e as envia para os dispositivos finais conectados por meio do servidor de rede. Uma rede LoRaWAN pode ter mais de um servidor de aplicativos. Os dados coletados podem ser interpretados aplicando técnicas como aprendizado de máquina e inteligência artificial para resolver problemas de negócios.

Servidor de ingresso – Join Server

O Join Server auxilia na ativação segura de dispositivos, armazenamento de chave raiz e geração de chave de sessão. O procedimento de adesão é iniciado pelo dispositivo final, enviando a mensagem de solicitação de adesão ao Servidor de Ingresso através do Servidor de Rede. O servidor de ingresso processa a mensagem de solicitação de ingresso, gera chaves de sessão e transfere NwkSKey e AppSKey para o servidor de rede e o servidor de aplicativos, respectivamente. O Join Server foi introduzido pela primeira vez com o LoRaWAN v1.1. Também está disponível em LoRaWAN v1.0.4.

Perguntas comuns

  1. Quem inicia mensagens de uplink?
    • Network server
    • End devices
    • Application server
    • Join server
  2. O que não está a cargo do Network Server?
    • Desduplicação de dados
    • Iniciar mensagens uplink
    • Controle adaptativo de taxa de dados
    • Roteamento de mensagens
  3. O servidor de aplicativos processa:
    • Comandos MAC
    • Mensagens de dados específicas de aplicativos
    • Solicitações de ingresso
  4. O servidor de ingresso processa:
    • Mensagens de solicitação de ingresso
    • Comandos MAC
    • Mensagens de dados específicos de aplicativos

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/architecture/

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Lora

LoRa é uma técnica de modulação sem fio derivada da tecnologia Chirp Spread Spectrum (CSS). Ele codifica informações em ondas de rádio usando pulsos chirp (pio em português)- semelhante à forma como os golfinhos e os morcegos se comunicam! A transmissão modulada LoRa é altamente resistente à interferências e pode ser recebida em grandes distâncias. Não se assuste com os termos complexos; A modulação LoRa e a tecnologia Chirp Spread Spectrum são simples de entender na prática. Caso você esteja curioso, neste vídeo, Richard Wenner explica como funciona a tecnologia Chirp Spread Spectrum:

LoRa é ideal para aplicações que transmitem pequenas quantidades de dados com baixas velocidades seriais. Os dados podem ser transmitidos em distâncias maiores se comparado com tecnologias como WiFi, Bluetooth ou ZigBee. Esses recursos tornam o LoRa adequado para sensores e atuadores que operam em modo de baixo consumo de energia. LoRa pode ser operado em bandas sub-gigahertz livres de licença, por exemplo, 915 MHz, 868 MHz e 433 MHz. Ele também pode operar em 2,4 GHz para atingir taxas de dados mais altas em comparação com bandas sub-gigahertz, ao custo do alcance. Essas frequências se enquadram nas bandas ISM reservadas internacionalmente para fins industriais, científicos e médicos.

LoraWAN

LoRaWAN é um protocolo de camada Media Access Control (MAC) construído sobre a modulação LoRa. É uma camada de software que define como os dispositivos utilizam o hardware LoRa, por exemplo, quando transmitem, e o formato das mensagens. O protocolo LoRaWAN é desenvolvido e mantido pela LoRa Alliance. A primeira especificação LoRaWAN foi lançada em janeiro de 2015. A tabela abaixo mostra o histórico de versões das especificações LoRaWAN. No momento em que este artigo foi escrito, as especificações mais recentes eram 1.0.4 (na série 1.0) e 1.1 (série 1.1).

Versão Data de liberação
1.0 Janeiro de  2015
1.0.1 Fevereiro de  2016
1.0.2 Julho de 2016
1.1 Outubro de 2017
1.0.3 Julho de 2018
1.0.4 Outubro de 2020

Largura de banda e alcance

LoRaWAN é adequado para transmitir pacotes de dados pequenos (como dados de sensores) em longas distâncias. A modulação LoRa permite um alcance de comunicação significativamente maior com larguras de banda mais baixas do que outras tecnologias concorrentes de transmissão de dados sem fio. A figura a seguir mostra algumas tecnologias de acesso que podem ser usadas para transmissão de dados sem fio e seus intervalos de transmissão esperados versus largura de banda.

Lora

Por que o LoRaWAN é tão vantajoso?

  • Consumo ultrabaixo – Os dispositivos terminais LoRaWAN são otimizados para operar no modo de baixo consumo de energia e podem durar até 10 anos com uma única bateria.
  • Longo alcance – Os gateways LoRaWAN podem transmitir e receber sinais a uma distância de mais de 10 quilômetros em áreas rurais e até 3 quilômetros em áreas urbanas densas.
  • Comunicação indoors – As redes LoRaWAN podem fornecer cobertura dentro de prédios e cobrir facilmente edifícios de vários andares.
  • Dispensa de licença de operação – Você não precisa pagar taxas de licença de operação nas faixas de frequência destinadas para a o uso da tecnologia LoRaWAN.
  • Geolocalização – Uma rede LoRaWAN pode determinar a localização de dispositivos finais usando triangulação sem a necessidade de GPS. Um dispositivo final LoRa pode ser localizado se pelo menos três gateways captarem seu sinal.
  • Alta capacidade – Os servidores de rede LoRaWAN lidam com milhões de mensagens de milhares de gateways.
  • Sistemas públicos e privados – É fácil implantar redes LoRaWAN públicas e privadas usando o mesmo hardware (gateways, dispositivos finais, antenas) e software (encaminhadores de pacotes UDP, software Basic Station, pilhas LoRaWAN para dispositivos finais).
  • Segurança ponta a pontaLoRaWAN garante comunicação segura entre o dispositivo final e o servidor de aplicativos usando criptografia AES-128.
  • Atualizações de firmware over the air – Você pode atualizar remotamente o firmware (aplicativos e a pilha LoRaWAN) para um único dispositivo final ou grupo de dispositivos finais.
  • Roaming – Dispositivos terminais LoRaWAN podem realizar transferências de pacotes de uma rede para outra.
  • Baixo custo – Infraestrutura mínima, nós finais de baixo custo e software de código aberto.
  • Programa de certificação – O programa de certificação LoRa Alliance certifica dispositivos finais e fornece aos usuários finais a confiança de que os dispositivos são confiáveis ​​e compatíveis com a especificação LoRaWAN.
  • EcossistemaLoRaWAN possui um ecossistema muito grande de fabricantes de dispositivos, fabricantes de gateways, fabricantes de antenas, provedores de serviços de rede e desenvolvedores de aplicativos.

Aplicações da tecnologia LoRaWAN

Aqui estão alguns casos de uso de LoRaWAN fornecidos pela Semtech, para lhe dar algumas dicas sobre como LoRaWAN pode ser aplicado:

  • Monitoramento da cadeia de frio de vacinas – Os sensores LoRaWAN são usados ​​para garantir que as vacinas sejam mantidas em temperaturas adequadas durante o transporte.
  • Conservação animal – Sensores de rastreamento gerenciam espécies ameaçadas, como Rinocerontes Negros e Leopardos de Amur.
  • Pacientes com demência – Sensores de pulseira fornecem detecção de quedas e rastreamento de medicamentos.
  • Fazendas inteligentes – Informações em tempo real sobre a umidade do solo das culturas e cronograma de irrigação otimizado reduzem o uso de água em até 30%.
  • Conservação de água – Identificação e conserto mais rápido de vazamentos na rede de água de uma cidade.
  • Segurança alimentar – O monitoramento da temperatura garante a manutenção da qualidade dos alimentos.
  • Lixeiras inteligentes – Alertas de nível de lixeira enviados à equipe otimizam o cronograma de coleta.
  • Bicicletas inteligentes – Os rastreadores de bicicletas rastreiam bicicletas em áreas remotas e edifícios densos.
  • Rastreamento em aeroporto – o rastreamento sem GPS monitora veículos, pessoal e bagagem.
  • Espaços de trabalho eficientes – Monitorização da ocupação dos quartos, temperatura, utilização de energia e disponibilidade de estacionamento.
  • Saúde do gado – Sensores monitoram a saúde do gado, detectam doenças e preveem o tempo de entrega dos bezerros.
  • LoRa no espaço – Satélites fornecem cobertura de comunicação baseada na tecnologia LoRaWAN em todo o mundo.

Lora Alliance

A LoRa Alliance® é uma associação aberta e sem fins lucrativos criada em 2015. Ela apoia o desenvolvimento do protocolo LoRaWAN e garante a interoperabilidade de todos os produtos e tecnologias LoRaWAN. Hoje, a LoRa Alliance tem mais de 500 membros em todo o mundo.

A LoRa Alliance fornece certificação LoRaWAN para dispositivos finais. Os dispositivos finais certificados fornecem aos usuários a confiança de que o dispositivo final é confiável e compatível com a especificação LoRaWAN. Você pode aprender mais sobre a certificação LoRaWAN visitando o site da LoRa Alliance®. A certificação está disponível apenas para fabricantes de dispositivos membros da LoRa Alliance. Uma vez certificado, o fabricante pode usar a marca LoRaWAN Certified com o produto.

LoRaWAN agora é um padrão ITU

Conforme anunciado pela LoRa Alliance® em 7 de dezembro de 2021, LoRaWAN® foi oficialmente aprovado como um padrão para Low Power Wide Area Networking (LPWAN) pela União Internacional de Telecomunicações (ITU). Leia o comunicado de imprensa da LoRa Alliance®, LoRaWAN® formalmente reconhecido como padrão internacional da ITU para redes de longa distância de baixa potência, para obter mais informações.

Perguntas e respostas

  1. Quem fornece a certificação LoRaWAN?
  2. LoRa é um:
    • Implementação da camada física
  3. LoRaWAN é um:
    • Protocolo de camada MAC
  4. LoRaWAN pode ser operado em:
    • Faixas livre de licença
    • Faixas ISM
    • 2,4GHz
  5. Qual não é um caso de uso adequado de LoRaWAN?
    • Pagamentos com cartão de crédito

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/what-is-lorawan/

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Monte sua remota de telemetria de reservatório com baixo custo e resultados excelentes utilizando as interfaces Modbus IM2020.

Telemetria de reservatório com a interface Modbus IM2020

Veja como monitorar o nível e a vazão do reservatório de forma simples e com baixo custo. Utilizando este kit você economiza e fica proprietário do seu sistema.
O módulo SW3300 tem as funções de seccionamento, proteção contra surtos e tomada. A fonte de alimentação S-25-24 fornece 24 VCC para a interface Modbus e para o rádio modem. A interface Modbus IM2020 possui duas entradas analógicas e duas entradas digitais onde podemos conectar o transmissor de nível, o transmissor de vazão e ainda um detector de invasão. A interface Modbus se comunica com a central de telemetria por intermédio do rádio modem RM2060.

Telemetria de reservatório

Telemetria de reservatório

Composição da remota para telemetria de reservatório

A remota é composta pelos seguinte módulos:

Preço do conjunto de módulos: R$ 2.740,00 (preço válido em Outubro de 2019).

A figura a seguir ilustra o espaço ocupado pelos módulos que compõem a solução.

Telemetria de reservatório

Remota para Telemetria de reservatório

Materiais acessórios

  • CF914 – Antena Yagi 900 MHz 14 dBi;
  • CN3203 – Centelhador de RF;
  • Cabo interno de RF RG58 com conectores;
  • Cabo externo RGC213 com conectores.

Interface Modbus IM2020 na telemetria de reservatório

A interface IM2020 funciona como uma remota de I/O distribuído dotada de 2 entradas analógicas e duas entradas digitais com as seguintes características principais:

  • Protocolo de comunicação: Modbus RTU;
  • Seleção de endereço por DIP switch;
  • Alimentação: 10 a 30 VCC;
  • Consumo máximo de 200 mA.

Interface Modbus com 2 entradas analógicas e 2 entradas digitais – IM2020

Rádio Modem RM2060 para telemetria de reservatório

O transceptor RM2060 permite a comunicação wireless utilizando tecnologia Spread Spectrum na faixa dos 900 MHz podendo substituir milhares de metros de cabos de comunicação em ambientes industriais ruidosos. Utilizando comprovada tecnologia FHSS, que dispensa licença de operação junto a Anatel, o transceptor RM2060 estabelece comunicação entre computadores, CLPs e instrumentos diversos que possuem porta serial em padrão RS232 ou RS485 com taxas de 1200 a 115.200 bps.  Alcance de até 32 km com visada.

SW3300 – DPS, seccionador e tomada para telemetria de reservatório

O módulo SW3300 foi projetado para compor painéis elétricos de comando e automação e integra as seguintes funções:

  • Seccionamento
  • Proteção contra sobre corrente por meio de fusíveis
  • Proteção contra sobre tensões por meio de varistores
  • Tomada bipolar com terra padrão ABNT
  • Sinalização luminosa de energização

Por incluir diversas funções em um módulo único, o dispositivo simplifica a montagem do quadro e contribui para layouts mais compactos.

Solicite informações adicionais ou uma cotação

 

Leia também

O kit rádio enlace 60 km permite comunicar equipamentos em RS232 e RS485 em até 60 km quando há visada direta entre os pontos. O kit reúne os equipamento e materiais necessários para estabelecer a comunicação serial entre dois pontos. O padrão de comunicação pode ser em RS232 ou RS485. A velocidade serial admitida é de 1.200 a 230.400 bps. O alcance do enlace é de até 60 km com visada. Exemplo de aplicação: comunicação entre CLPs.

Veja abaixo a composição do kit rádio enlace 60 km.


Composição do kit rádio enlace 60 km

Exemplo de aplicação do kit de rádio enlace 60 km

A figura a seguir apresenta um exemplo de aplicação do kit. No exemplo, um computador rodando um software supervisório supervisiona e controle um CLP distante até 60 km com visada direta.

Descrição do rádio modem P900

O rádio modem P900 com tecnologia spread spectrum possui conectores e LEDs que facilitam a instalação e utilização.

O gabinete robusto, a larga faixa de temperatura de operação e o baixo custo tornam o rádio modem P900 a solução ideal para o controle e monitoração de estações remotas de telemetria e para todo o tipo de aplicação industrial onde a comunicação serial é necessária.

O P900 incorpora ainda a capacidade de compor redes Mesh de última geração com a capacidade de restabelecimento automático de rotas de comunicação (Self Healing).

Características do rádio modem P900 

  • Permite até 276 kbps
  • Baixo custo
  • Ponto a ponto, Ponto Multiponto e Mesh
  • Rede Mesh com reencaminhamento automático
  • Store & Forward – o rádio funciona como repetidora
  • Configuração em Mesh como mestre, repetidor ou unidade terminal
  • Temperatura de operação (-55 C a +85 C)
  • Potência de saída ajustável: 100mW-1W
  • Dimensões reduzidas
  • Baixo consumo em modo adormecido
  • Filtro de quatro estágios proporciona alta rejeição a ruido e interferência
  • Correção de erro (FEC), 32 bits de CRC, e 128-bit AES

Aplicações do rádio modem P900

  • Medição de utilities
  • Telemetria de unidades remotas
  • Sensoriamento de eletricidade, óleo e gás
  • Comunicação com painéis digitais de sinalização
  • Comunicação serial em ambiente industrial

Certificação

O rádio modem P900 possui certificação Anatel.

Especificações técnicas

  • Faixa de operação: 902-928 MHz
  • Método de espalhamento: Saltos em frequência
  • Algoritmos de detecção de erro: Hamming, BCH, Golay, Reed-Solomon
  • Detecção de erro: CRC 32 bits, ARQ
  • Encriptação: Opcional (veja –AES option)
  • Alcance: 60 km
  • Sensibilidade:
    • -114 dBm em 57.6 kbps
    • -112 dBm em 115.2 kbps
    • -109 dBm em 172.8 kbps
    • -107 dBm em 230.4 kbps
  • Potência de saída: 100 mW a 1 W (20 a 30 dBm)
  • Interface serial: RS232/485 (Selecionável)
  • Velocidade serial: até 230.4 kbps assíncrono
  • Velocidade na comunicação RF: 57.6 a 276 kbps
  • Modos de operação: Mesh, Auto Routing, Store and For-ward, Self Healing, Packet Routing Modes
  • Interface: RxD1, TxD1, RTS, CTS DCD, DSR, DTR, RxD2, TxD2, RSSI LEDs, Tx/Rx LEDs, Reset, Config, Wake-up, RSmode, 4 entradas/saídas digitais, 1 entrada analógica, 1 saída analógica
  • Diagnóstico remoto: tensão da bateria, temperatura, RSSI, estatística de pacotes
  • Alimentação: 9 a 30 VCC
  • Consumo:
    • Rx: 45 mA a 98 mA
    • Tx : 1000 mA ta 1400 mA
  • Conectores:
    • Antena: SMA fêmea
    • Dados: DB-9F
  • Temperatura de operação: -55 C – +85 C
  • Peso: 120 g
  • Dimensões: 46 mm x 66 mm x 25 mm

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Medidor de vazão ultrassônico – o que é?

O medidor de vazão ultrassônico mede a velocidade de um fluido com ultrassom para calcular a vazão do líquido. Ele calcula a diferença no tempo de trânsito medido entre os pulsos de ultrassom que se propagam na direção e contra a direção do fluxo ou medindo a mudança de frequência devida ao efeito Doppler.TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Medidor de vazão ultrassônico – como funciona?

O medidor ultrassônico de vazão é um tipo de medidor de vazão que mede a velocidade de um fluido com ultrassom para calcular a vazão do líquido. Usando transdutores ultrassônicos, o medidor de vazão pode medir a velocidade média ao longo do caminho de um feixe de ultrassom emitido, calculando a média da diferença no tempo de trânsito medido entre os pulsos de ultrassom que se propagam na direção e contra a direção do fluxo ou medindo a mudança de frequência devida ao efeito Doppler. Os medidores de vazão ultrassônicos são afetados pelas propriedades acústicas do fluido e podem ser afetados pela temperatura, densidade, viscosidade e partículas suspensas. Os medidores de vazão ultrassônicos apresentam ótima relação custo benefício pois não utilizam peças móveis, são fáceis de instalar, não demandam seccionar ou furar a tubulação, e são de fácil manutenção.

Tipos de medidores de vazão ultrassônicos

Existem três tipos diferentes de medidores de vazão ultrassônicos. Os medidores de vazão de transmissão por tempo de transito – intrusivo e clamp-on (não intrusivo). Os medidores de vazão ultrassônicos por efeito Doppler são chamados de medidores de vazão de reflexão ou Doppler. O terceiro tipo é o medidor de vazão de canal aberto.

Medidor de vazão ultrassônico por tempo de trânsito

Os medidores ultrassônicos de vazão medem o tempo de trânsito dos pulsos ultrassônicos que se propagam com e contra a direção do fluxo. Essa diferença de tempo é uma medida para a velocidade média do fluido ao longo do caminho do feixe ultrassônico. Usando os tempos de trânsito absolutos Tup e Tdown, tanto a velocidade média do fluido v quanto a velocidade do som c podem ser calculados. Usando esses dois tempos de trânsito, a distância entre os transdutores de recepção e transmissão L e o ângulo de inclinação α , se assumirmos que o som tem que ir contra o fluxo ao subir e ao longo do fluxo ao retornar para baixo, pode-se escrever as seguintes equações a partir da definição de velocidade:

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Somando e subtraindo as equações acima obtemos,

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

onde v é a velocidade média do fluido ao longo do caminho do som e c é a velocidade do som.

Medidores de vazão ultrassônico por efeito Doppler

Outro método na medição de vazão ultrassônica é o uso do deslocamento Doppler que resulta da reflexão de um feixe ultrassônico em materiais refletivos, como partículas sólidas ou bolhas de ar aprisionadas em um fluido em fluxo, ou a turbulência do próprio fluido, se o líquido está limpo. Os medidores de vazão Doppler são usados ​​para lamas, líquidos com bolhas, gases com partículas refletoras de som.

Este tipo de medidor de vazão também pode ser usado para medir a taxa de fluxo sanguíneo, passando um feixe ultrassônico através dos tecidos, refletindo em uma placa, invertendo a direção do feixe e repetindo a medição, o volume do fluxo sanguíneo pode ser estimado. A frequência do feixe transmitido é afetada pelo movimento do sangue no vaso e, comparando a frequência do feixe a montante versus a jusante, permitindo a medição do fluxo de sangue através do vaso. A diferença entre as duas frequências é uma medida do fluxo de volume real. Um sensor de feixe largo também pode ser usado para medir o fluxo independente da área da seção transversal do vaso sanguíneo.

Medidores de vazão ultrassônico de canal aberto

Neste caso, o elemento ultrassônico está na verdade medindo a altura da água no canal aberto; com base na geometria do canal, o fluxo pode ser determinado a partir da altura. O sensor ultrassônico geralmente também possui um sensor de temperatura porque a velocidade do som no ar é afetada pela temperatura.

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

O medidor ultrassônico de vazão TDS-100H foi projetado para medir a velocidade do fluido dentro de uma tubulação. Os transdutores são do tipo clamp-on sem contato, o que proporcionará facilidade de instalação, operação e manutenção.

O TDS-100H funciona por tempo de trânsito e utiliza dois transdutores que funcionam como transmissores e receptores ultrassônicos. Os transdutores são fixados na parte externa de um tubo fechado a uma distância específica um do outro. Os transdutores podem ser montados em método V, onde o som atravessa o tubo duas vezes, ou pelo método W, onde o som atravessa o tubo quatro vezes, ou em método Z, onde os transdutores são montados em lados opostos do tubo e o som atravessa o tubo uma vez. Esta seleção do método de montagem depende das características do tubo e do líquido. O medidor de vazão opera transmitindo e recebendo alternadamente uma sequência de emissões de energia sonora modulada em frequência entre os dois transdutores e medindo o tempo de trânsito que leva para o som viajar entre os dois transdutores. A diferença no tempo de trânsito medido está direta e exatamente relacionada à velocidade do líquido na tubulação, conforme mostrado a figura.

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

 

Onde:

  • θ é o ângulo na direção do fluxo
  • M é o tempo de trânsito do feixe de ultrassom
  • D é diâmetro da tubulação
  • Tup é o tempo de trânsito do transdutor upstream até o transdutor downstream
  • Tdown é o tempo de trânsito do transdutor downstream até o transdutor upstream
  • ΔT=Tup -Tdown

Módulo principal do medidor de vazão

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

 

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Transdutores ultrassônicos

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

Aplicações do medidor de vazão ultrassônico

O medidor de vazão TDS-100H pode ser aplicado em uma ampla gama de medições em tubulações de 20 a 6.000 mm [0,5 a 200 polegadas]. É possível medir a vazão de diversos tipos de líquidos , como: líquidos puros, água potável, produtos químicos, esgoto bruto, água tratada, água de resfriamento, água bruta, efluente, etc. O medidor de vazão não é afetado pela pressão do sistema, sujeira ou desgastes. Os transdutores padrão são classificados para aplicações em até 110 graus centígrados. Temperaturas mais altas podem ser avaliadas sob consulta.

Retentividade dos dados e relógio de tempo real

Todos os valores de configuração inseridos pelo usuário são retidos na memória flash não volátil integrada, que pode armazená-los por mais de 100 anos, mesmo se a energia for perdida ou desligada. Para evitar alterações de configuração inadvertidas ou reinicializações do totalizador, a programação do instrumento é protegida por senha.

O instrumento é dotado de relógio de tempo real que permite acumular valores de vazão instantânea e de volumes totalizados formando um registro de valores no tempo. Ele continua operando enquanto a tensão da bateria for superior a 1,5V. Em caso de falha da bateria, o registro de dados não é garantido. O usuário deve reinserir os valores de tempo adequados caso a bateria fique totalmente esgotada. Um valor de tempo impróprio não afeta outras funções além dos registros no tempo.

Especificações técnicas do produto

Linearidade 0.5%
Repeatibilidade 0.2%
Precisão +1%
Tempo de resposta 0-999 segundos ( configurável)
Velocidade +32 m/s
Diâmetro da tubulação 20mm-6000mm
Unidade de medida Metros, pés, metros cúbicos, litros, pés cúbicos, galões USA, galões Ingleses, Barril de óle, Barril líquido, imperial liquid barrel, milhões de galões, configurável.
Totalizador 7 dígitos, positivo e negativo.
Tipos de líquido Virtualmente qualquer tipo de líquido
Segurança Senha de acesso para ajustes.
Display 4×16 para caracteres Inglês, 4×8 para caracteres chineses
Interface serial RS-232C, baud rate: de 75 a 57600 bps.  Protocolo próprio compatível com medidores de vazão FUJI. Outros protocolos sob consulta.
Transdutores Modelo M1 padrão, outros modelos sob consulta.
Comprimento dos cabos dos trandutores Padrão 2 x 10 metros.
Fonte de alimentação 3 baterias recarregáveis AAA Ni-H internas. 10 horas de operação. Carregador 100V-240VAC.
Data Logger Data logger interno para até 2000 registros de dados.
Totalizador manual Totalizador de 7 dígitos com zeramento pelo teclado.
Material do gabinete ABS
Dimensões do módulo portátil 100 x 66 x 20 mm
Peso do módulo portátil 514g (1.2 libras) baterias.

Composição do conjunto

O medidor de vazão é fornecido com acessórios e maleta.

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil TDS-100H Medidor ultrassônico de vazão portátil

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Você sabia que o problema de baixo fator de potência na instalação elétrica – que pode gerar multa da concessionária de energia, pode ser resolvido com a instalação dos controladores de fator de potência?

Observe a sua conta de energia elétrica. Se nela constar o consumo reativo excedente, isso é um sinal de que há um problema com o fator de potência. Quanto mais esse consumo estiver afastado do valor legal, maior será a multa aplicada pela concessionária de energia.

É aí que entram os controladores de fator de potência, que vão ajudar você a corrigir essa falha na instalação elétrica. Antes de apresentar os tipos de controladores de fator de potência, é necessário entender o que é o fator de potência.

O que é fator de potência?

O fator de potência (FP) é a medida de quanto da potência elétrica consumida está sendo convertida em trabalho útil. O mínimo permitido de fator de potência na conta de energia, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), é de 0,92. Se o valor estiver abaixo disso, a concessionária pode cobrar multa, como citado anteriormente.

As principais causas do baixo fator de potência são lâmpadas de descarga (fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio e vapor metálico) com reatores de baixo fator de potência (sem capacitor), transformadores em vazio (sem carga) ou com baixa carga e motores de indução (motores mais usados na indústria).

O que é e como funciona o controlador de fator de potência

ST8200C Controlador de fator de potênciaOs controladores de fator de potência medem a tensão e a corrente da carga de forma contínua, calculando os seus valores através de algoritmos matemáticos, de forma a obter os valores TRUE RMS. Calculado dessa forma, o fator de potência considera o conteúdo harmônico da corrente e da tensão, resultando em medidas mais precisas.

Opcionalmente, o fator de potência pode ser obtido via interface serial da saída de usuário do registrador eletrônico de potência (REP). Neste caso, não há cálculo de harmônicos.

Conforme a necessidade, ou seja, sempre que o fator de potência indutivo fica abaixo do setpoint, os controladores ativam um ou mais bancos de capacitores, proporcionando, assim, uma correção eficiente.

Os controladores possuem diversas características cujo objetivo é proteger seu investimento nos bancos de capacitores. Entre elas está o tempo de repouso, ou seja, o tempo programado para evitar que um banco de capacitores seja religado logo após seu desligamento, o que poderia danificar o capacitor e certamente diminuiria a vida útil das contactoras (que conectam os capacitores à rede elétrica).

Da mesma forma, toda vez que o fator de potência ultrapassa o ponto de desligamento programado, através do desligamento de cargas indutivas que estavam sendo compensadas, o controlador desativa um ou mais bancos de capacitores, até que o fator de potência ultrapasse o ponto de desligamento programado.

Outra característica importante é o desligamento dos bancos de capacitores quando a tensão da rede atinge valores elevados, evitando sobretensões de longa duração, ou então quando o conteúdo harmônico da corrente e da tensão fica muito elevado, podendo causar ressonâncias na instalação e danificar os capacitores.

Exemplo de controlador de fator de potência

Os controladores ST8200C possuem diversas características cujo objetivo é proteger seu investimento nos bancos de capacitores. Entre elas está o tempo de repouso, ou seja, o tempo programado para evitar que um banco de capacitores seja religado logo após seu desligamento, o que poderia danificar o capacitor e certamente diminuiria a vida útil das contactoras (que conectam os capacitores à rede elétrica).

Esquemas elétricos de ligações

As figuras a seguir mostram os esquemas de ligação dos controladores ST8200C.

Conexões ST8200C fase-neutro

ST8200C Controlador de fator de potência

Conexões ST8200C fase-fase

ST8200C Controlador de fator de potência

OBS: O transformador de corrente (TC) deve estar posicionado imediatamente após a fonte de energia (subestação, transformador ou quadro geral) para medir a corrente proveniente das cargas e células de capacitores. Evite que a fiação de sinal do TC passe pelos mesmos dutos do comando das contactoras. A alimentação é feita através da entrada auxiliar.

Conexões ST8200C com ligação a interface de usuário

ST8200C Controlador de fator de potência

Observações importantes na instalação do controlador de fator de potência

  • O transformador de corrente (TC) deve estar posicionado logo após a fonte de energia (subestação, transformador ou quadro geral) para medir a corrente proveniente das cargas e células de capacitores, e o diâmetro de sua fiação não deve ser inferior a 2,5 mm2.
  • Quando a conexão da medição de tensão for entre duas fases, estas devem ser diferentes da fase em que se está monitorando a corrente, através do TC. Por sua vez, o TC deve ser ligado às entradas TC1 e TC2 do controlador.
  • Quando a conexão de medição de tensão for entre fase e neutro, o TC deverá estar na fase utilizada e conectado às entradas TC1 e TC2 do controlador.
  • Cada acionamento de contactora deve ser protegido com um fusível individual.
  • A fiação de medição da tensão e da corrente (TC) obrigatoriamente deve ser feita em dutos separados do comando das contactoras por uma distância de, no mínimo, 10 cm. A fiação também não deve passar nos dutos dos cabos de potência, onde circulará a corrente dos capacitores.
  • Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação xxx/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que o sinal do TC seja sempre ligado em série com o controlador. Os terminais do TC podem ser aterrados.
  • Tome cuidado com a tensão de alimentação e a forma de ligação das contactoras. O fio comum das contactoras deve ser diferente do utilizado na alimentação do controlador. Lembre que a tensão/corrente máxima de cada saída de acionamento é de 250VAC/5A.
  • Quando for utilizada a interface opcional para REP, sem conexão aos TCs e à tensão da rede, as medidas elétricas desses dois parâmetros serão zeradas.
  • É necessário aplicar tensão à entrada de medição para que sejam mostrados, no menu de medidas elétricas, tanto o parâmetro de tensão como o de corrente. Do contrário, esses dois parâmetros serão zerados.

Painel frontal do controlador de fator de potência

ST8200C Controlador de fator de potência

Os LEDs 1 a 16 indicam quando o respectivo banco de capacitores está sendo acionado.

LEDs indicadores

  • OK Equipamento ligado
  • ST Aceso, indica algum alarme ativo
  • RX Indica canal serial recebendo dados
  • TX Indica canal serial transmitindo dados

Fundamentos teóricos

Potência ativa

A potência ativa, conhecida também como potência real ou útil, é aquela que realiza um trabalho útil numa determinada carga. Essa carga, por sua vez, pode ser de iluminação ou qualquer outro dispositivo que converta a energia elétrica em alguma outra forma de energia útil. Isso quer dizer que a potência ativa é responsável por gerar luz, movimento, calor, etc. A unidade de medida da potência ativa é Watt (W). Dependendo da situação, pode ser o Quilowatt (kW).

Potência reativa

A potência aparente refere-se à potência total que uma determina fonte é capaz de fornecer a um sistema. Esta consiste na soma vetorial da potência ativa e da potência reativa. A sua unidade de medida é o Volt Ampère (VA) ou quilo Volt Ampère (kVA). No âmbito da comercialização de eletricidade, a potência aparente é toda a potência disponibilizada pelo comercializador de energia a um determinado imóvel.

Potência aparente

A potência aparente é definida como a potência total que uma determinada fonte é capaz de fornecer. A sua unidade de medida é o Volt Ampère (VA). Nesse sentido, a relação entre potência aparente e potência ativa é chamada fator de potência. Ou seja, este estabelece a relação da quantidade de energia fornecida pela fonte e a quantidade de energia que é efetivamente transformada em trabalho. Quando um fator de potência é alto significa que grande parte da energia que chega à instalação é transformada em trabalho. Quando é baixo significa que apenas uma pequena parcela da energia recebida é convertida em trabalho. Isso quer dizer que, quanto maior a quantidade de potência ativa, maior é o fator de potência.

O fator de potência

O fator de potência representa a relação entre a potência aparente e a potência ativa. Isto quer dizer que o fator de potência representa a relação entre a quantidade de energia que foi entregue pela fonte e a quantidade de energia que realmente foi transformada em trabalho, ou seja, que foi utilizada no imóvel em questão. Numa escala de zero a um, quanto maior for o fator de potência de uma carga, maior será a sua potência ativa, ou seja, aquela convertida em trabalho. Ao contrário, quanto menor for um fator de potência, menor será a sua potência ativa e, portanto, maior será a sua potência reativa (aquela que não realiza nenhum trabalho efetivo).

Correção do fator de potência

O objetivo da correção do fator de potência é o ganho de eficiência, além de evitar defasagens entre tensão e corrente, não permitindo que os equipamentos operem com cargas desajustadas e sem produção efetiva.

Sabe-se que o baixo fator de potência ocorre quando se consome muita energia reativa em relação à energia ativa. A energia reativa pode ser neutralizada por uma carga capacitiva, assim, o caminho mais seguro para efetivamente corrigir o fator de potência e compensar as cargas indutivas existentes, é fazer a instalação de um banco de capacitores.

Em alguns casos, como em sistemas muito capacitivos como por exemplo, linhas de transmissão, é usado banco de indutores para compensar o efeito capacitivo.

As cargas indutivas produzem um adianto da corrente elétrica em relação à tensão. As cargas capacitivas produzem um atraso da corrente em relação à tensão. O banco de capacitores e o banco de indutores atuam compensando a defasagem entre a tensão e a corrente, basicamente se “opondo” as cargas indutivas.

Causas de baixo fator de potência

Muitas vezes a condição e a manutenção dos equipamentos podem levar a um baixo fator de potência. Considerando a indústria como exemplo, deve ser tomado uma serie de cuidados, além de considerar as situações que podem ser identificadas e corrigidas.

Veja alguns desses fatores que são os maiores causadores de fator de potência baixo em empresas!

  • Motores de baixa potência atuando em conjunto
  • Equipamentos trabalhando sem carga
  • Superdimensionamento de energia
  • Equipamentos com defeito ou muito antigos
  • Iluminação com uso de reatores para lâmpadas
  • Uso de máquinas de solda
  • Aparelhos de tratamento térmico

Por isso é importante que o fator de potência fique dentro dos limites, considerando os valores de cargas indutivas existentes. Assim, o dimensionamento adequado do banco de capacitores é necessário para ter o melhor aproveitamento de energia elétrica.

Corrigir o fator de potência nas empresas trás varias vantagens, veja algumas na lista abaixo.

  • Redução do consumo de energia elétrica
  • Aumento da vida útil das instalações e equipamentos
  • Redução de calor gerado em equipamentos
  • Redução da corrente reativa
  • Evitar manutenção desnecessária em equipamentos
  • Não é necessário trocar as seções de condutor para os de maior bitola
  • Não é necessário trocar de transformador para um de maior capacidade

REFERÊNCIA

Leia também

O uso de Controladores de Demanda nas instalações atendidas por contratos de fornecimento de energia elétrica pela concessionária é uma forma de garantir que o sistema não ultrapasse os limites contratuais, resultando na aplicação de multas. Os pequenos consumidores são cobrados apenas pela energia utilizada (consumo). Já os médios e grandes consumidores pagam tanto pela energia quanto pela potência disponibilizada.

A potência aparece nas contas desses consumidores com o nome de demanda que, na verdade, corresponde à potência média verificada em intervalos de 15 minutos. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) é quem regulamenta e estabelece estes parâmetros nas contas de energia elétrica.

Mas você sabe o que é um Controlador de Demanda e por que utilizar esse equipamento pode ajudar sua empresa ou indústria a ter mais eficiência energética?

O que é o Controlador de Demanda?

ST8500C Controlador de demandaUm Controlador de Demanda tem como intuito gerir de forma automática a entrada e saída de cargas na rede elétrica, a fim de impedir a ultrapassagem de consumo da demanda contratada, evitando o pagamento de multas pelo excesso de demanda.

O funcionamento de um Controlador de Demanda de Energia Elétrica é muito fácil. O usuário cadastra o valor da potência que contratou com a concessionária e o valor de cada carga que deve ser gerenciada, isto é, que seja ligada e desligada conforme a necessidade. A partir desse momento, o equipamento verifica de tempos em tempos a potência consumida no barramento. Assim, ele vai ligar e desligar as cargas que estão cadastradas para que essa potência consumida no barramento fique sempre abaixo da medida contratada pela concessionária.

A conexão de cargas é gerenciada por reta de carga ou por horário, e a programação de demanda pode ser definida mês a mês. Com o ST8500C da Alfacomp, por exemplo, você pode emitir via software relatórios do controle de demanda. Além disso, a memória de registro deste equipamento é de 60 dias e a programação pode ser realizada via painel, supervisório ou APP.

Porque fazer o controle de demanda em uma indústria

Fazer o controle de demanda é indicado pois, permite além do gerenciamento das cargas por demanda, o gerenciamento das cargas por horário. Isso proporciona, por exemplo, que um grupo gerador seja acionado no horário de ponta, conectando a uma saída programada por horário.

Um controlador de demanda pode ser útil também em instalações fotovoltaicas para evitar a injeção de potência excedente na rede da concessionária. O software supervisório da Alfacomp garante um histórico da instalação, dando ao gestor uma ferramenta de análise de seu uso e consumo de energia elétrica.

A conta de energia elétrica de consumidores de médio e grande porte é composta da soma de parcelas referentes ao consumo, demanda e ultrapassagem. A parcela de consumo é calculada multiplicando o consumo medido pela tarifa de consumo. Já a parcela de demanda é calculada multiplicando-se a tarifa de demanda pela demanda contratada ou pela demanda medida (a maior delas).

Os Controladores ST8500C possuem características específicas para proteger as  máquinas e equipamentos. Entre essas está o tempo de repouso, que é o tempo programado para evitar que uma carga seja religada logo após seu desligamento – o que pode danificar a máquina e diminuir a vida útil das contactoras (que conectam as cargas à rede elétrica). Os Controladores também permitem programar o acionamento e desligamento das cargas com lógica inversa, isto é, desligando a saída do Controlador para cargas ativas, evitando paradas por pane do controle.

O controlador de demanda e a eficiência energética

A utilização de controles de demanda não fica restrita a evitar a multa por descumprimento do contrato. Também é interessante como uma forma de limitar o consumo e consequentemente contingenciar custo de energia elétrica. Por isso é um equipamento para implementar a operação industrial com eficiência energética.

O uso destes equipamentos de controle de demanda podem levar aos consumidores os benefícios do gerenciamento de energia, reduzindo perdas e, em muitos casos, permitindo a diminuição no valor da fatura de energia. Pelo ponto de vista do fornecimento, a existência de um Controle de Demanda nas unidades consumidoras permite um melhor planejamento e maior aproveitamento do sistema de distribuição, minimizando investimentos e aumentando a eficiência energética do setor.

Tarifação

Seguem conceitos e definições envolvidos na sistemática de tarifação:

  • Potência: é a capacidade de consumo de um equipamento elétrico, expressa em Watts (W) ou quilowatts (kW).
  • Energia: é a quantidade de eletricidade utilizada por um aparelho elétrico ao ficar ligado por um determinado tempo. Tem como unidades mais usuais o quilowatt-hora (kWh) ou megawatt-hora (Mwh).

A tarifa de energia elétrica é a composição de valores calculados que representam cada parcela dos investimentos e operações técnicas realizadas pelos agentes da cadeia de produção e da estrutura necessária para que a energia possa ser utilizada pelo consumidor. A tarifa representa, portanto, a soma de todos os componentes do processo industrial de geração, transporte (transmissão e distribuição) e comercialização de energia elétrica. São acrescidos ainda os encargos direcionados ao custeio da aplicação de políticas públicas. Os impostos e encargos estão relacionados na conta de luz.

As empresas concessionárias fornecem energia elétrica a seus consumidores, com base em obrigações e direitos estabelecidos em um contrato de concessão, celebrado com a União, para a exploração do serviço público de distribuição de energia elétrica em sua área de concessão. No momento da assinatura do contrato, a empresa concessionária reconhece que o nível tarifário vigente, ou seja, as tarifas definidas na estrutura tarifária da empresa, em conjunto com os mecanismos de reajuste e revisão das tarifas estabelecidas nesse contrato, são suficientes para a manutenção do seu equilíbrio econômico-financeiro (ANEEL, 2019).

Métodos de tarifação se referem à forma que os consumidores são classificados para a cobrança do seu consumo de energia elétrica. Para o mesmo, deve-se observar a estrutura tarifária e grupos de consumidores (PROCEL, 2011).

Estrutura Tarifária

A estrutura tarifária é um conjunto de tarifas (lista de preços) aplicáveis às componentes de consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência, de acordo com a modalidade de fornecimento. Busca refletir as diferenças de custos relacionados ao fornecimento de energia a cada tipo de consumidor. A partir de então, define-se a relatividade dos preços. A estrutura compreende a diferenciação das tarifas, segundo os componentes de consumo e demanda, nível de tensão de fornecimento, classe de consumo, estação do ano, período do dia, localização do consumidor, etc. (BITU; BORN, 1993).

As tarifas de energia elétrica não têm um mesmo valor para todos os consumidores. Elas se diferenciam entre grupos tarifários, de acordo com a tensão de fornecimento, o momento do consumo, o tipo de tarifa e a classe do consumidor. As mesmas podem ser estruturadas e diferenciadas de muitas formas (VIEIRA, 2016).

Teoricamente, poderia ser definida uma tarifa para cada consumidor, porém, dificuldades de diversas naturezas como, por exemplo, as restrições de comercialização, sistema de medição e cobrança, limitam o grau de aprimoramento da estrutura tarifária.

O consumidor paga um preço final que inclui, além das tarifas, as taxas ou encargos, as contribuições e os impostos que são tributos, ou seja, pagamentos obrigatórios que não representam uma punição por ato ilícito e que devem ser previstos em lei (FUGIMOTO, 2010).

As taxas ou encargos independem da quantidade consumida de energia e estão relacionadas com as despesas de atendimento as unidades de consumo. Estão relacionadas aos custos associados ao atendimento dos consumidores, diretamente às unidades de consumo.

Existem taxas especiais como aquelas relacionadas com o consumo adicional de combustíveis nas usinas térmicas. As taxas permitem repassar rapidamente ao consumidor aumento imprevistos nos custos. O preço final de fornecimento pago pelo cliente é a composição da tarifa, contribuições, taxas, com impostos como o ICMS (FUGIMOTO, 2010).

Classificação dos Consumidores

Para fins de faturamento, as unidades consumidoras são agrupadas em dois grupos tarifários, definidos, principalmente, em função da tensão de fornecimento e também, como consequência, em função da demanda. Se a concessionária fornece energia em tensão inferior a 2300 Volts, o consumidor é classificado como sendo do “Grupo B” (baixa tensão); se a tensão de fornecimento for maior ou igual a 2300 Volts, será o consumidor do “Grupo A” (alta tensão). Estes grupos foram assim definidos:

Consumidores do Grupo A

Grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tensão inferior a 2,3 kV a partir de sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste Grupo, em caráter opcional, nos termos definidos na Resolução ANEEL n 456, caracterizado pela estruturação tarifária binômia e subdividido nos subgrupos A1, A2, A3, A3a, A4 e AS. A tabela abaixo apresenta estes subgrupos.

Subgrupos

Tensão

A1 Tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV
A2 Tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV
A3 Tensão de fornecimento de 69 kV
A3a Tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV
A4 Tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV
AS Tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição e enquadradas neste Grupo em caráter opcional.

Os consumidores deste grupo são cobrados tanto pela demanda quanto pela energia que consomem. Esses consumidores podem enquadrar-se em uma das duas alternativas tarifárias:
• Tarifação convencional;
• Tarifação horo-sazonal.

Tarifação Convencional

O enquadramento na tarifa convencional exige um contrato específico com a concessionária no qual se pactua um único valor da demanda pretendida pelo consumidor (demanda contratada), independentemente da hora do dia (ponta ou fora de ponta) ou período do ano (seco ou úmido).

Os consumidores do Grupo A, subgrupos A3a, A4 ou AS, podem ser enquadrados na tarifa convencional quando a demanda contratada for inferior a 300 kW, desde que não tenham ocorrido, nos 11 meses anteriores, 3 (três) registros consecutivos ou 6 (seis) registros alternados de demanda superior a 300 kW.

A conta de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de parcelas referentes ao consumo, demanda e ultrapassagem. A parcela de consumo é calculada multiplicando-se o consumo medido pela tarifa de consumo.

A parcela de demanda é calculada multiplicando-se a tarifa de demanda pela demanda contratada ou pela demanda medida (a maior delas), caso esta não ultrapasse em 10% a demanda contratada.

A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida ultrapassa em mais de 10% a demanda contratada. É calculada multiplicando-se a tarifa de ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a demanda contratada (BRASIL, 2000).

Tarifação Horo-Sazonal

Essa modalidade é caracterizada pela aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica e demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia e dos períodos do ano.

A estrutura de tarifação horo-sazonal pode ser aplicada, segundo os seguintes modelos de tarifação:

a) Tarifa Verde

O enquadramento na tarifa Verde dos consumidores do Grupo A. Essa modalidade tarifária exige um contrato específico com a concessionária no qual se pactua a demanda pretendida pelo consumidor (demanda contratada), independentemente da hora do dia (ponta ou fora de ponta). Embora não seja explícita, a Resolução 414 de 2010 da Aneel permite que sejam contratados dois valores diferentes de demanda, um para o período seco e outro para o período úmido (BRASIL, 2010). A conta de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de parcelas referentes ao consumo (na ponta e fora dela), demanda e ultrapassagem.

A parcela de demanda é calculada multiplicando-se a tarifa de demanda pela demanda contratada ou pela demanda medida (a maior delas), caso esta não ultrapasse em mais de 10% a demanda contratada. A tarifa de demanda é única, independente da hora do dia ou período do ano.
A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida ultrapassa em mais de 10% a demanda contratada. É calculada multiplicando-se a tarifa de ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a demanda contratada.

b) Tarifa Horo-sazonal Azul

O enquadramento dos consumidores do Grupo A na tarifação horosazonal azul é obrigatório para os consumidores dos subgrupos A1, A2 ou A3. Essa modalidade tarifária exige um contrato específico com a concessionária no qual se pactua tanto o valor da demanda pretendida pela consumidora no horário de ponta (demanda contratada na ponta) quanto o valor pretendido nas horas fora de ponta (demanda contratada fora de ponta).

Embora não seja explícita, assim como na tarifa verde, a resolução 414 permite que sejam contratados valores diferentes para o período seco e para o período úmido (BRASIL, 2010).

A fatura de energia elétrica desses consumidores é composta pela soma de parcelas referentes ao consumo e demanda e, caso exista, ultrapassagem. Em todas as parcelas observa-se a diferenciação entre horas de ponta e horas fora de ponta (CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS, 2011).

A parcela de demanda é calculada somando-se o produto da tarifa de demanda na ponta pela demanda contratada na ponta (ou pela demanda medida na ponta, de acordo com as tolerâncias de ultrapassagem) ao produto da tarifa de demanda fora da ponta pela demanda contratada fora de ponta (ou pela demanda medida fora de ponta, de acordo com as tolerâncias de ultrapassagem).

As tarifas de demanda não são diferenciadas por período do ano. A parcela de ultrapassagem é cobrada apenas quando a demanda medida ultrapassa a demanda contratada acima dos limites de tolerância de 5% para os sub-grupos A1, A2 e A3 e 10% para os demais sub-grupos. O valor desta parcela é obtido multiplicando-se a tarifa de ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a demanda contratada (PROCEL, 2011).

Consumidores do Grupo B

As unidades consumidoras atendidas em tensão inferior a 2,3 kV, ou ainda unidades atendidas em tensão superior a 2,3 kV e faturadas neste grupo, são caracterizadas pela estruturação tarifária monômia (ANEEL, 2000).

Consumidor do grupo B é aquele que recebe energia elétrica na tensão entre 220 e 380 V e tem com a concessionária de energia um contrato de adesão. Contrato de adesão é um instrumento contratual, com cláusulas vinculadas às normas e regulamentos aprovados pela ANEEL, não podendo o conteúdo das mesmas ser modificado pela concessionária ou consumidor, a ser aceito ou rejeitado de forma integral (ANEEL, 2000).

Os consumidores do Grupo B (baixa tensão< 2.300 Volts) são classificados em:

  • B1 – residencial;
  • B2 – rural;
  • B3 – demais classes;
  • B4 – iluminação pública.

Os consumidores de baixa tensão (Grupo B) são classificados ainda de acordo com o número de fases. São três os tipos de fornecimento, conforme o número de fases:

  • Tipo A – monofásico – dois condutores (uma fase e o neutro);
  • Tipo B – bifásico – três condutores (duas fases e o neutro);
  • Tipo C – trifásico – quatro condutores (três fases e o neutro).

Para determinação destes, deverá ser calculada a carga instalada de cada unidade consumidora. Essa carga será o somatório das potências nominais de placa dos aparelhos elétricos e das potências de iluminação declaradas. Quando houver cargas de motores, deverão ser computadas as suas respectivas quantidades e potências individuais (PROCEL,2011).

Nos consumidores enquadrados no Grupo B, apenas o consumo de energia é faturado, não existindo cobrança relativa à demanda de potência (PROCEL, 2011).

Horários Fora de Ponta e de Ponta

O horário de ponta (P) é o período definido pela distribuidora e composto por 3 (três) horas diárias consecutivas, exceção feita aos sábados, domingos, terça-feira de carnaval, sexta-feira da Paixão, “Corpus Christi”, e oito dias de feriados conforme descrito na resolução ANEEL 414, considerando a curva de carga do seu sistema elétrico, aprovado pela ANEEL para toda a área de concessão. O horário fora de ponta (F) é o período composto pelo conjunto das horas diárias consecutivas e complementares àquelas definidas no horário de ponta (VIANA; BORTONI; NOGUEIRA, 2012).

Horários de ponta e fora de ponta para uma unidade consumidora

Controle de demandaFonte: Viana, Bortoni e Nogueira (2012).

Ainda segundo Viana, Bortoni e Nogueira (2012), estes horários são definidos pela concessionária em virtude, principalmente, da capacidade de fornecimento que a mesma apresenta. A curva de fornecimento de energia típica de uma concessionária pode ser vista através da figura abaixo, onde o maior valor de demanda ocorre geralmente no horário de ponta.

Curva típica de fornecimento de potência de uma concessionária

Controle de demanda

Fonte: Viana, Bortoni e Nogueira (2012).

Períodos seco e úmido

Estes períodos guardam, normalmente, uma relação direta com os períodos onde ocorrem as variações de cheias dos reservatórios de água utilizados para a geração de energia elétrica. O período Seco corresponde ao período de 07 (sete) ciclos de faturamento consecutivos iniciando-se em maio e finalizando-se em novembro de cada ano; é, geralmente, o período com pouca chuva. O período Úmido corresponde ao período de 05 (cinco) ciclos de faturamento consecutivos, compreendendo os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano seguinte; é, geralmente, o período com mais chuva (CARVALHO, 2011).

Demanda de energia elétrica

Conforme a Resolução 456 da ANEEL no Art. 2º, § VIII, demanda é a média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado. Assim, esta potência média, expressa em quilowatts (kW) e quilovolt-ampère-reativo (kvar), respectivamente. Pode ser calculada, por exemplo, dividindo-se a energia elétrica absorvida pela carga em um certo intervalo de tempo Δt, por este intervalo de tempo Δt, podendo ser expressada pela equação abaixo.

Controle de demanda

No Brasil o intervalo de tempo (período de integração) é de 15 minutos, portanto, em um mês teremos: 30 dias x 24 horas / 15 minutos = 2880 intervalos (ANEEL, 2019).

Segundo Suppa e Terada (2010), temos os métodos de medição síncrona e assíncrona. O método de medição síncrona é aquele utilizado por todas as concessionárias brasileiras e pela maioria dos países, medindo a energia ativa num determinado intervalo de tempo que pode variar de 15 à 60 minutos na maioria dos casos.

Na prática, o que se faz é integrar os pulsos de energia dentro deste intervalo, por isso chamado de intervalo de integração, obtendo o que chamamos de demanda de energia ativa, ou seja, a demanda é a energia média consumida em cada intervalo de 15 minutos não existindo plenamente antes do fechamento do intervalo.

Geralmente a concessionária fatura pelos maiores valores registrados nos períodos de fora-ponta e ponta ou pelos valores contratados, os que forem maiores. A cada início do intervalo de integração o consumo é zerado dando início a uma nova contagem. Se ao final do intervalo o valor médio de fechamento for superior ao limite permitido o usuário arcará com pesadas multas por ultrapassagem.

Ainda conforme resolução são adotadas algumas definições entre a distribuidora e o consumidor por meio de contratado de prestação de serviço, sendo eles (ANEEL, 2019):

  • Demanda: média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado.
  • Demanda contratada: demanda de potência ativa a ser obrigatória e continuamente disponibilizada pela concessionária, no ponto de entrega, conforme valor e período de vigência fixados no contrato de fornecimento e que deverá ser integralmente paga, seja ou não utilizada durante o período de faturamento, expressa em quilowatts (kW);
  • Demanda de ultrapassagem: parcela da demanda medida que excede o valor da demanda contratada, expressa em quilowatts (kW);
  • Demanda medida: maior demanda de potência ativa verificada por medição, integralizada no intervalo de 15 (quinze) minutos expressa em quilowatts (kW);
  • Demanda faturável: valor da demanda de potência ativa identificada de acordo com os critérios estabelecidos e considerados para fins de faturamento, com aplicação da respectiva tarifa, expressa em quilowatts (kW).

Para o faturamento do consumo, acumula-se o total de kWh consumidos durante o período: fora de ponta seca ou fora de ponta úmida, e ponta seca ou ponta úmida. Para cada um desses períodos, aplica-se uma tarifa de consumo diferenciada, e o total é a parcela de faturamento de consumo. Evidentemente, as tarifas de consumo nos períodos secos são mais elevadas que nos períodos úmidos, e no horário de ponta é mais cara que no horário fora de ponta (PROCEL, 2011).

A cobrança é sempre em função da demanda contratada e do consumo. Quando se contrata uma demanda, na verdade, se está solicitando que a empresa fornecedora disponibilize uma determinada quantidade de energia para ser consumida. Dessa maneira, poderão ocorrer três casos de cobrança (PROCEL, 2011):

  • Demanda registrada inferior à demanda contratada: aplica-se a tarifa de consumo e demanda correspondente ao valor contratado;
  • Demanda registrada superior à demanda contratada, mas dentro da tolerância de ultrapassagem: aplica-se a tarifa de consumo e de demanda correspondente à demanda
  • Demanda registrada superior à demanda contratada e acima da tolerância: aplica-se a tarifa consumo e de demanda correspondente à demanda contratada, e soma-se a isso a aplicação da tarifa de ultrapassagem, correspondente à diferença entre a demanda registrada e a demanda contratada. Ou seja, paga-se tarifa normal pelo contratado, e tarifa de ultrapassagem sobre todo o excedente.

Ultrapassagem da Demanda

De acordo a Aneel (2018), a demanda de energia é contratada junto à concessionária (paga-se por ela independente do uso). A monitoração da demanda é realizada pela média dos 15 minutos de integração. Sua medição é realizada com base na “média” dos 15 minutos de integração de demanda. A ultrapassagem de demanda elétrica é controlada com base nos valores médios da integração de 15 minutos, ou seja, a demanda média de 15 minutos não pode ultrapassar a demanda contratada. Caso ocorra a ultrapassagem, a concessionária cobrará a multa com base no maior valor registrado. De acordo com o tipo de consumidor, existe uma tolerância sobre o valor de demanda contratada para que não haja cobrança de multas, conforme definido na Resolução 456 de 29 de novembro de 2000, Art. 2°, § VIII:

  • 5%, para as unidades cuja tensão de fornecimento seja maior ou igual a 69 kV (tarifa azul);
  • 10%, para as unidades cuja tensão de fornecimento seja menor que 69 kV e no mês de faturamento, a demanda para fora de ponta (tarifa azul) e a demanda (tarifa verde), sejam superiores a 100 kW;
  • 20%, para as unidades atendidas com tensão inferior a 69 kV, e no mês de faturamento, a demanda fora de ponta (tarifa azul) e demanda (tarifa verde) de 50 a 100 kW.

Controle de demanda

Segundo F.S Ozur (2011), O controlador de demanda é um equipamento eletrônico que tem como função principal manter a demanda de energia ativa de uma unidade consumidora, dentro de valores limites pré-determinados, atuando, se necessário, sobre alguns parte dos Controladores de Demanda controla também o fator de potência e o consumo de energia. Controlar a demanda é fundamental, não só para o consumidor diminuir seus custos com energia elétrica, mas também para a concessionária que necessita operar de forma bem dimensionada evitando interrupções ou má qualidade de fornecimento.

Exemplo de controlador de demanda

Os controladores de demanda ST8500C foram desenvolvidos pela Alfacomp para, através do monitoramento contínuo e do gerenciamento adequado de cargas, manterem a potência elétrica dentro de limites pré-estabelecidos.

A programação e operação dos equipamentos é bem simples, pois os mesmos são compatíveis com outras ferramentas importantes, como interfaces de medidores de energia padrão, segundo a norma ABNT NBR14522.

Além disso, o ST8500C mede e registra diversas grandezas elétricas (memória para 30 dias de registros), oferecendo ao usuário um exame completo do sistema de energia da sua instalação. Também é possível utilizar o equipamento em conjunto com o software ST-Conecta (software que acompanha o produto), que permite maximizar a análise e o gerenciamento dos dados.

Mais do que simples controladores de demanda de potência, os equipamentos ST8500C constituem poderosos sistemas de gerenciamento de energia elétrica.

Princípio de funcionamento

Os controladores ST8500C recebem informações contínuas da potência da carga por meio da interface serial de usuário, opto-acoplada, padronizada através da norma NBR14.522 (ABNT), disponível em medidores eletrônicos de potência. As informações, no modelo com TC´s, podem ser repassadas via conexão do barramento elétrico, com o uso de transformadores de corrente (TC X/5) e sinais de tensão. A demanda de energia elétrica da carga é calculada através de algoritmos matemáticos.

Conforme a necessidade, ou seja, sempre que a demanda projetada ficar acima do set-point, os controladores ST8500C desativam uma ou mais cargas, promovendo a sua correção. Da mesma forma, toda vez que a demanda projetada ficar abaixo do estipulado, o controlador ativa uma ou mais cargas.

Os controladores ST8500C possuem diversas características que objetivam proteger suas máquinas e equipamentos. Entre essas está o tempo de repouso, que é o tempo programado para evitar que uma carga seja religada logo após seu desligamento – o que pode danificar a máquina e diminuir a vida útil das contactoras (que conectam as cargas à rede elétrica). Os controladores também permitem programar o acionamento e desligamento das cargas com lógica inversa, isto é, desligando a saída do controlador para cargas ativas, evitando paradas por pane do controle.

Inspeção visual

Antes da instalação, proceda a uma cuidadosa inspeção visual para certificar-se de que o produto não apresenta danos causados pelo transporte.

Esquemas elétricos de ligações

Na sequência, as figuras mostram os esquemas de ligação dos controladores ST8500C.

1. Modelo com entrada por TC

ST8500C Controlador de demanda

2. Modelo com entrada opto-acoplada

ST8500C Controlador de demanda

Conexões de acionamento

ST8500C Controlador de demanda

Observações importantes na instalação do equipamento

  • No modelo com transformadores de corrente (TCs), a relação de transformação deve ser X/5A.
  • Cada acionamento da contactora deve ser protegido com um fusível individual.
  • A fiação que mede a tensão deve ser colocada em dutos separados do comando das contactoras com uma distância de, no mínimo, 10 cm.
    A fiação também não deve passar nos dutos dos cabos de potência, onde circulará a corrente da carga.
  • Tome cuidado com a tensão de alimentação e a forma de ligação das contactoras. O fio comum das contactoras deve ser diferente do utilizado
    na alimentação do controlador. Lembre que a tensão/corrente máxima de cada saída de acionamento é de 250VAC/5A.
  • A tensão máxima de alimentação do controlador, que serve para o equipamento trabalhar, é de 270VAC, enquanto a tensão de medição,
    usada para cálculos para informação no mostrador, pode ir até 600VAC.
  • No modelo opto-acoplado é necessário aplicar tensão à entrada de medição para que sejam mostrados, no menu de medidas elétricas,
    tanto o parâmetro de tensão como o de corrente. Do contrário, esses dois parâmetros serão zerados.

Atenção!

A alimentação de tensão do ST8500C pode ser de qualquer fonte, desde que se mantenha na faixa de 80 a 270 VCA.

Painel frontal do controlador de demanda

ST8500C Controlador de demanda

OBS: A iluminação do display do ST8500C (backlight) só é acionada quando uma tecla é pressionada. Caso nenhuma tecla seja pressionada no período de 3 minutos, a iluminação desligará automaticamente.

LEDs indicadores

  • OK Equipamento ligado
  • ST Aceso, indica algum alarme ativo
  • RX Indica canal serial recebendo dados
  • TX Indica canal serial transmitindo dados

REFERÊNCIA

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Os medidores de vazão eletromagnéticos utilizam a Lei de Faraday para detectar e medir a vazão. Dentro de um transmissor de vazão eletromagnético existe uma bobina que gera um campo magnético e eletrodos que capturam o campo elétrico resultante do movimento do líquido que está sob o campo magnético.
Segundo a Lei de Faraday, movendo líquidos condutivos dentro de um campo magnético, gera-se uma força eletromotriz (voltagem). Ou seja, a velocidade do fluxo do líquido movendo dentro do campo magnético gera um campo elétrico proporcional. O campo elétrico E é proporcional a V x B x D (velocidade x campo magnético x diâmetro).


Os transmissores de vazão eletromagnéticos apresentam as seguintes características:

  • Não são afetados por temperatura, pressão, densidade ou viscosidade do líquido;
  • Detectam a vazão também em líquidos contaminados por sólidos e bolhas;
  • Não causam perda de pressão;
  • Não utilizam partes móveis e por isso são mais confiáveis;

Não podem ser utilizados em líquidos que não sejam condutivos.
A condutividade expressa a facilidade com que o líquido permite a condução da corrente elétrica. A condutividade é medida em S/cm (siemens por centímetro).  A água comum da torneira tem condutividade média de 100 a 200 μS/cm, água mineral de 500 μS/cm ou mais, e água pura de 0.1 μS/cm ou menos.

O transmissor de vazão eletromagnético TVE20 permite a medição da vazão de líquidos em tubulações de 10 a 350 milímetros de diâmetro utilizando o princípio eletromagnético baseado na Lei de Faraday.

Características principais

  • Estrutura de múltiplos eletrodos;
  • Alta precisão;
  • Sem partes móveis;
  • Ampla faixa de medição;
  • Alimentação: 85 a 265 VCA ou 18 a 36 VCC;
  • Não obstrui o fluxo do líquido medido;
  • Diversas opções de flanges;
  • Diversas opções de frequências de operação;
  • Permite detectar a direção do líquido;
  • Eletrônica resistente a surtos elétricos;

Aplicações

  • Água e esgoto;
  • Indústria química;
  • Indústria de alimentos;
  • Agricultura;
  • Tratamento de efluentes.

Especificações técnicas do transmissor de vazão TVE20

  • Tamanho: DN10 a DN350
  • Meio: Líquidos condutivos
  • Temperatura do meio: Classe E∠60°C Grau CH∠180°C
  • Precisão: 0,25% a 0,5%
  • Repetibilidade: 0,1% a 0,17%
  • Pressão da tubulação: 0,6, 1,0, 1,6, 2,5, 4,0, 6,4 MPa (ou especificado pelo cliente)
  • Indicações do display: Vazão instantânea, totalização, velocidade, taxa de vazão
  • Sinais de saída: 4 a 20mA, pulsos, RS485, Hart
  • Alimentação: 85 a 265 VCA ou 18 a 36 VCC
  • Tipo de conversor: Integrativo
  • Proteção: IP65/IP68
  • A prova de explosão: Ex deibmb IIC T3 ~ 6
  • Velocidade: 0,05 a 12 m/s
  • Revestimento:   PU (DN25 a DN500) / F4 (PTFE) (DN25 a DN1600) / F46 (FEP) (DN10 a DN200) / PFA (DN10 a 30)
  • Direção do fluxo: Direto e reverso
  • Material do eletrodo:  316L, Pt, Ta, Ti, HB, HC, WC
  • Número de eletrodos: 3 a 6 unidades
  • Material do flange: SS/CS
  • Alarme (normalmente aberto): Vazio, excitação, limite superior e limite inferior
  • Temperatura ambiente: -30°C a 60°C
  • Protocolo de comunicação:  Modbus, Hart

Faixas de medição (m3/h)

DN (mm)

Faixa de medição

Precisão

DN (mm)

Faixa de medição

Precisão

DN10 0,014 a 3,39 0,08 a 2,82 DN300 12,7 a 3052 76 a 2543
DN15 0,03 a 7,63 0,19 a 6,35 DN350 17,3 a 4154 103 a 3461
DN20 0,06 a 13,56 0,33 a 11,34 DN400 22,6 a 5425 1355 a 4521
DN25 0,09 a 21,19 0,52 a 17,66 DN450 28,6 a 6867 171 a 5722
DN32 0,14 a 34,72 0,86 a 29,93 DN500 35,3 a 8478 211 a 7065
DN40 0,23 a 54,25 1,35 a 45,21 DN600 51 a 12208 305 a 10173
DN50 0,35 a 84,78 2,12 a 70,65 DN700 69 a 16616 415 a 13847
DN65 0,6 a 143 3,58 a 119 DN800 90 a 21703 542 a 18086
DN80 0,90 a 217 5,43 a 180 DN900 114 a 27468 686 a 22890
DN100 1,41 a 339 8,48 a 282 DN1000 141 s 33912 847 a 28260
DN125 2,21 a 529 13,25 a 441 DN1200 203 a 48833