TWO-POINT TEMPERATURE MEASUREMENT SYSTEM WITH ARDUINO
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/pa10202503231804
Eduardo Ferreira de Souza1; Tiago Silva Limeira1; Ana Carla Stieven2; Leandro Luetkmeyer2; Denes Martins de Moraes2
Resumo
A medição precisa da temperatura é essencial em diversas áreas, como pesquisa, indústria e medicina. Sensores infravermelhos integrados ao Arduino possibilitam a criação de termômetros de alta precisão, promovendo medições confiáveis e acessíveis. A escolha dos sensores seguiu uma abordagem iterativa, passando por definição de requisitos, pesquisa, testes e aprimoramentos. Foram realizados dois experimentos: um comparando leituras em frascos com água em diferentes temperaturas e distâncias, e outro testando variações térmicas em um talher metálico aquecido. Os testes mostraram que a precisão das medições varia conforme a distância e o material analisado. Em líquidos, os sensores apresentaram maior estabilidade, enquanto em metais houve alta variação, devido à baixa emissividade e maior reflexão da radiação infravermelha. O código utilizado foi validado e funcionou corretamente em ambos os experimentos. A abordagem iterativa permitiu otimizar a escolha do sensor, reduzindo falhas e garantindo alinhamento com os objetivos do projeto. Para estudos futuros, recomenda-se ajustes na emissividade ou o uso de materiais auxiliares para aprimorar a precisão das medições.
Palavras-chave: Empreendedorismo. Inovação. Movimento maker.
1 INTRODUÇÃO
No contexto atual, a precisão e a eficiência na medição de temperaturas são essenciais para diversos setores, incluindo pesquisa científica e aplicações industriais. O desenvolvimento de um termômetro de alta precisão oferece uma solução robusta para monitoramento ambiental, controle de processos industriais, experimentos científicos e aplicações médicas, nas quais medições precisas de temperatura são cruciais. A criação de instrumentos que forneçam leituras precisas de temperatura é fundamental para ampliar o conhecimento e o controle sobre processos térmicos em diferentes áreas (KIEFFER e CROSS, 1995; NUNES e OLIVEIRA, 2018; SANTOS e LIMA, 2019).
Os sensores são usados em vários tipos de aplicações nas indústrias, comércios e até mesmo na sua residência. O sensor basicamente é um dispositivo que tem a função de detectar e responder com eficiência algum estímulo. Existem vários tipos de sensores que respondem à estímulos diferentes como por exemplo: calor, pressão, movimento, luz e outros. Depois que o sensor recebe o estímulo, a sua função é emitir um sinal que seja capaz de ser convertido e interpretado pelos outros dispositivos (OGOTA, 2005; TOCCI et al., 2007).
A escolha da plataforma Arduino como base para o desenvolvimento deste dispositivo fundamenta-se em sua flexibilidade, acessibilidade e ampla comunidade de suporte, que facilita a prototipagem rápida de dispositivos eletrônicos customizados. A possibilidade de integrar múltiplos sensores a um mesmo sistema Arduino permite medições simultâneas em diferentes locais, aumentando a aplicabilidade deste termômetro de precisão e incentivando novos projetos com a plataforma Arduino para resolução de desafios práticos e teóricos (FIGUEIREDO e SILVA, 2018).
Estudos de outros autores ilustram as possibilidades e limitações do uso de sensores de temperatura e umidade com Arduino. Gabriel Delabeneta, em seu artigo no site Proesi (2024), explora o uso do sensor DHT11, popular por seu custo acessível e simplicidade de implementação, para monitoramento ambiental com Arduino. Embora o DHT11 seja adequado para iniciantes, possui limitações de precisão e intervalo de medição, o que leva o autor a sugerir alternativas como o sensor DHT22, de maior precisão, para projetos que demandam dados rigorosos. Da mesma forma, Saragso, em projeto disponível no GitHub (2024), apresenta uma abordagem prática com o DHT11, com sugestões para melhorias e expansão, como a adição de mais sensores ou a utilização de dispositivos com maior acurácia. Ambos os trabalhos promovem o aprendizado sobre sensores e microcontroladores, incentivando a aplicação prática do conhecimento em automação e monitoramento ambiental.
O movimento maker, caracterizado pela prática de “colocar a mão na massa,” valoriza a colaboração e o compartilhamento de conhecimento, impulsionando o desenvolvimento de produtos, processos e inovação. Através da interação entre alunos e professores, o movimento maker fomenta o empreendedorismo, a inovação e a aprendizagem baseada na prática e na experiência prática (SANG e SIMPSON, 2019).
Assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver um termômetro de precisão baseado em Arduino, capaz de realizar medições simultâneas de temperatura em dois pontos distintos.
2 REVISÃO DA LITERATURA
O empreendedorismo pode ser compreendido como um conjunto de atividades relacionadas à identificação e exploração de oportunidades, com o objetivo de criar valor econômico, social ou cultural. Segundo Drucker (1985), o empreendedor não é apenas um agente de inovação, mas também um catalisador de mudanças no mercado. O conceito evoluiu ao longo das décadas, abrangendo não apenas a criação de novas empresas, mas também iniciativas de intraempreendedorismo dentro de organizações estabelecidas.
O papel do empreendedorismo na economia moderna está diretamente ligado à geração de empregos, ao crescimento econômico e à disseminação de inovação. No contexto acadêmico, pesquisas indicam que o empreendedorismo está associado à capacidade de identificar problemas e transformá-los em oportunidades de negócio viáveis (HISRICH et al., 2017).
A inovação é frequentemente abordada como um processo essencial para a competitividade empresarial e o progresso social. Schumpeter (1942) definiu inovação como a destruição criativa, na qual novas ideias substituem antigas estruturas, impulsionando a evolução do mercado. A inovação pode ser classificada em diferentes categorias, incluindo:
Inovação de produto: Desenvolvimento de novos bens ou serviços.
Inovação de processo: Melhorias na produção ou distribuição.
Inovação organizacional: Novas abordagens na gestão e estrutura das empresas.
Autores como Tidd et al. (2005) destacam que a inovação não ocorre isoladamente, mas sim dentro de um ecossistema que envolve empresas, universidades e governos. O conceito de “open innovation” (CHESBROUGH, 2003) reforça a necessidade de colaboração entre diferentes atores para acelerar a criação e disseminação de novas ideias.
O Movimento Maker é um fenômeno contemporâneo que promove a cultura do “faça-você-mesmo” (DIY – Do It Yourself) e incentiva a criatividade, a inovação e o compartilhamento de conhecimentos (DOUGHERTY, 2012). Ele está diretamente ligado ao uso de tecnologias acessíveis, como impressão 3D, Arduino e corte a laser, permitindo que indivíduos e comunidades desenvolvam soluções tecnológicas inovadoras.
Martinez e Stager (2013) argumentam que o Movimento Maker tem forte impacto na educação, estimulando a aprendizagem baseada em projetos e a interdisciplinaridade. Esse modelo de ensino promove habilidades essenciais para o século XXI, como resolução de problemas, pensamento crítico e colaboração.
No contexto do empreendedorismo, o Movimento Maker tem se tornado um catalisador para novos negócios, pois permite a criação rápida de protótipos e o desenvolvimento de produtos personalizados sem a necessidade de grandes investimentos iniciais (HATCH, 2014). A expansão dos makerspaces em universidades e centros de inovação reforça essa tendência, proporcionando um ambiente propício para experimentação e empreendedorismo.
Empreendedorismo, inovação e o Movimento Maker estão interligados e desempenham um papel fundamental na transformação econômica e social. O crescimento do Movimento Maker evidencia a importância do aprendizado prático e da cultura da inovação aberta, influenciando diretamente o empreendedorismo e a criação de novos modelos de negócio. Pesquisas futuras podem explorar como essas três dimensões se interconectam na formação de ecossistemas inovadores sustentáveis.
3 METODOLOGIA
A abordagem para a escolha dos sensores foi conduzida de forma iterativa, contemplando etapas de seleção, teste e aprimoramento até se obter o desempenho desejado, considerando os requisitos específicos do projeto de desenvolvimento do termômetro.
Etapas realizadas na abordagem iterativa de escolha de sensores:
Definição dos requisitos do projeto: Foram identificadas as especificações necessárias para o sensor, tais como a precisão mínima, o intervalo de operação, o tempo de resposta e a compatibilidade com a plataforma Arduino, além da necessidade de medições simultâneas em pontos distintos.
Pesquisa inicial de sensores disponíveis: Em seguida, foi realizada uma análise de sensores disponíveis que atendessem aos requisitos básicos, incluindo uma avaliação de modelos amplamente utilizados e de sensores específicos mais sofisticados, conforme necessário. A pesquisa foi baseada em fontes como datasheets, catálogos de fabricantes e exemplos de aplicação em artigos científicos e repositórios de projetos.
Seleção inicial de sensores para teste: Com base na pesquisa, foram selecionados alguns sensores candidatos que melhor correspondiam aos requisitos definidos inicialmente. Para o desenvolvimento do termômetro de precisão, sensor como Módulo Sensor Temperatura Infra Gy-906 Mlx90614 Esf – Baa foi escolhido para testes, utilizando dois exemplares e gerando média ao final.
Protótipo e teste experimental: Após a seleção inicial, o sensor foi integrado ao sistema Arduino, onde foram realizados testes de desempenho sob condições controladas e variáveis. Durante esses testes, foram coletados dados sobre a precisão, repetibilidade, tempo de resposta e estabilidade de cada sensor em diferentes condições operacionais.
Análise de desempenho e comparação: Os resultados dos testes permitiram uma comparação detalhada dos sensores candidatos, avaliando qual atendia melhor aos critérios do projeto. Métricas como desvios de medição, tempo de estabilização e variações em resposta a mudanças de temperatura ambiente foram analisadas. Esse processo ajudou a identificar as limitações de cada sensor e a necessidade de considerar sensores com maior precisão para determinadas condições.
Aprimoramento iterativo: Em casos onde os sensores testados não atendiam completamente aos requisitos, o ciclo foi reiniciado, com novas seleções baseadas nas observações e limitações dos testes anteriores. Esse processo de prototipagem, teste e análise foi repetido até que um sensor, ou uma combinação de sensores, atendesse de forma satisfatória aos objetivos do projeto.
Validação final e integração: Após a escolha do sensor ideal, uma última etapa de validação foi realizada para confirmar o desempenho em condições reais de uso. Nesse ponto, o sistema de coleta de dados e a programação no Arduino foram ajustados para otimizar o uso do sensor selecionado.
1°. Experimento
Ao realizar testes para se obter as leituras dos sensores, utilizou-se um frasco com água e gelo, e um com água a temperatura ambiente. Ambos estão a 5 cm um do outro e em 3 diferentes distâncias do corpo, a 10 cm, 5 cm e 2 cm.
2°. Experimento
Foi utilizado um talher metálico onde o mesmo foi aquecido em uma das extremidades com a ajuda de um isqueiro para obter uma variação de temperatura em um mesmo objeto a fins de testar os sensores. Os sensores foram colocados em dois pontos distintos, um mais próximo ao ponto de aquecimento (Ponto 1) e outro foi colocado mais a distante Ponto (2).
Os resultados obtidos foram apresentados em médias e calculado desvio padrão dos destes.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES OU ANÁLISE DOS DADOS
Os testes realizados com os sensores de temperatura infravermelho Gy-906 Mlx90614 Esf – Baa demonstraram variações significativas nas medições de temperatura em função da distância do corpo de prova e do material analisado. Esses sensores possuem uma resolução de 0,02°C e podem medir temperaturas entre -40°C e 125°C, sendo amplamente utilizados em aplicações que exigem medições de temperatura sem contato (WANG et al., 2018).
Os dados da Tabela 1 evidenciam uma relação inversamente proporcional entre a distância do sensor e a temperatura medida.
Tabela 1. Resultados médios e desvio padrão das leituras de temperatura em média de dois sensores Infra Gy-906 Mlx90614 Esf – Baa e três distâncias do corpo de teste 1 – copo com água.
No corpo de prova 1 (copo com água), foi observado que a temperatura registrada pelos sensores reduziu conforme a distância aumentou. Esse fenômeno pode ser explicado pela dispersão da radiação infravermelha no ambiente, o que reduz a quantidade de energia detectada pelo sensor (SMITH et al., 2020). Estudos anteriores confirmam que sensores infravermelhos apresentam maior precisão em distâncias curtas, onde há menor interferência ambiental e maior captação da radiação térmica do objeto-alvo (ZHANG et al., 2017).
Além disso, observou-se que os sensores apresentaram valores distintos de temperatura para a mesma distância. Essa diferença pode estar associada à calibração dos dispositivos, ângulo de medição e emissividade do material medido (LI et al., 2019). A emissividade é um fator crítico na medição por sensores infravermelhos, pois determina a quantidade de radiação térmica emitida por um material específico (HOLMAN, 2016). Materiais com alta emissividade, como água, tendem a fornecer medições mais estáveis e confiáveis, enquanto metais refletem grande parte da radiação do ambiente, podendo introduzir variações nos valores registrados.
A tabela 2 apresenta os resultados da medição de temperatura de um talher metálico em dois pontos distintos.
Tabela 2. Resultados médios e desvio padrão das leituras de temperatura com dois sensores e duas distâncias do corpo de teste 2 – talher metálico.
Os valores médios registrados indicam uma alta variação nas medições, evidenciada pelo elevado desvio padrão. Isso pode ser atribuído à baixa emissividade do metal, que compromete a precisão das leituras infravermelhas (GARCIA et al., 2021). Diferentemente da água, os metais refletem grande parte da radiação infravermelha, absorvendo menos calor e dificultando a obtenção de medições consistentes (KIM et al., 2015).
A alta variabilidade dos resultados reforça a necessidade de ajustes na calibração do sensor quando aplicado a superfícies metálicas. Métodos alternativos, como o uso de fitas de alta emissividade aplicadas ao metal antes da medição, podem reduzir o erro na aquisição dos dados (BROWN et al., 2018). Além disso, a temperatura ambiente e a presença de fontes externas de calor podem influenciar significativamente os valores registrados, especialmente em materiais reflexivos (TORRES et al., 2022).
O código usado para os dois experimentos foi o mesmo, para além de testar a usabilidade do sensor, e verificar a integridade do código durante o experimento. Com base nos testes o código não teve problemas ao operar. Segue abaixo o código utilizado:
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A abordagem iterativa permitiu otimizar a escolha do sensor com base em dados experimentais, reduzindo o risco de falhas na fase de implementação. Além disso, essa metodologia adaptativa possibilitou ajustes conforme surgiram novas necessidades e desafios, garantindo um alinhamento mais preciso com os objetivos técnicos e científicos do projeto de termômetro de precisão.
Os resultados obtidos indicam que a precisão da medição de temperatura por sensores infravermelhos Gy-906 Mlx90614 Esf – Baa é fortemente influenciada pela distância do objeto e pelo tipo de material analisado. Enquanto medições em superfícies líquidas, como a água, apresentaram menor variação, as medições em metais mostraram alta dispersão nos valores registrados, evidenciando desafios na aplicação desse tipo de sensor em materiais de baixa emissividade. Para futuros estudos, recomenda-se a aplicação de técnicas de compensação, como o ajuste da emissividade do sensor ou o uso de materiais auxiliares para melhorar a acurácia das medições.
REFERÊNCIAS
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1 Discentes do Curso Superior de Engenharia Elétrica do Centro Universidade de Várzea Grande – UNIVAG, e-mail: eduardo22041999@gmail.com; tiagolimeira16@gmail.com
2 Docentes doutores dos Cursos Superiores de Engenharias do Centro Universidade de Várzea Grande – UNIVAG, e-mail: anastieven@yahoo.com.br; engenharias@univag.edu.br; denes@univag.edu.br