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Azure Hub IoT para revolucionar empresas de bebidas, alimentos e saúde

Desenvolvemos uma solução completa de Internet of Things(IoT) em nuvem para evitar desperdício de alimentos e energia em escala exponencial usando Hub IoT, Function Apps e SQL Services on Azure.

Imagine essa situação: você sai do trabalho em um dia muito quente e para em um bar para tomar uma cerveja gelada com os colegas de trabalho. Vocês entregaram um grande projeto e merecem comemorar. Quando você abre a garrafa percebe que está morna e o garçom lhe informa que estão com problemas nas geladeiras e as bebidas não estão gelando o suficiente. Ou imagine que você combina preparar um jantar em família e quando começa a preparar a comida, percebe que a carne está com um aspecto estranho. Provavelmente não foi bem acondicionada no supermercado. Em ambos os casos seus planos foram prejudicados e você teve uma péssima experiência.


Situações como essas são mais comuns do que se imagina e estão presentes na vida de todas as pessoas e empresas que dependem de equipamentos elétricos como geladeiras ou condicionadores de ar, mas não lembram de sua importância até o momento em que uma falha no fornecimento os surpreende negativamente. Para as empresas que dependem de refrigeração em alguma etapa de seus processos de produção, há grandes prejuízos por perda de produtos perecíveis pela inexistência de opções de gerenciamento de equipamentos.


Isso afeta qualquer empresa com algum tipo de sistema de refrigeração, como supermercados, produtores de alimentos, indústrias de sorvetes, farmácias, restaurantes, bancos de sangue, lanchonetes e toda e qualquer empresa que precisa manter produtos em temperatura controlada. Afeta também indústrias que necessitem monitoramento constante, como refrigeração de salas de painéis elétricos ou caldeiras.


De maneira geral, equipamentos de refrigeração diminuem sua eficiência com o passar do tempo, o que faz com que haja um aumento no consumo de energia elétrica para manter os produtos armazenados na temperatura adequada. Quando há falhas ou interrupção do funcionamento, podem trazer grandes prejuízos em função da deterioração de produtos de alto valor agregado ou armazenados em grande quantidade.  Realizar manutenção preventiva desses equipamentos é a forma mais barata de prevenir seu mau funcionamento e invariavelmente mais barato do que manutenções corretivas. No entanto, é muito difícil adivinhar o melhor momento para as intervenções.


Além disso, manutenções preventivas programadas são difíceis de serem comercializadas, pois geralmente as empresas especializadas não possuem ferramentas para comprovar as vantagens reais de custo-benefício e as vantagens para o cliente final. As formas de monitoramento de equipamentos atuais que comprovariam este custo benefício só são aplicáveis para equipamentos de médio e grande porte, pois possuem alto custo agregado - tanto de aquisição como de implantação -, além de não possuírem uma interface amigável para o cliente final.


Em função destas incertezas, normalmente se opta por fazer reparos somente após a quebra mecânica, trazendo custos maiores com a substituição de peças e ineficiência na refrigeração dos produtos e consequente desperdício de energia elétrica. O cliente final, sem perceber, acaba tendo um custo de energia elétrica superior ao custo de manutenção preventiva.


Esse é um problema real que merece atenção para ser resolvido, mas não tem uma solução óbvia devido às inúmeras variações de configurações possíveis. Ainda, os equipamentos disponíveis comercialmente são projetados sob um paradoxo:  ao mesmo tempo em que seus motores e carcaças são aperfeiçoados para consumirem pouca energia e manterem a refrigeração por mais tempo, não são capazes de gerar informações ou executar ações práticas para economizar energia ou aproveitar as estatísticas reais de consumo para melhorar a configuração dos equipamentos.


A solução adotada foi transformar cada refrigerador de uso empresarial em um dispositivo conectado à internet e adicionar camadas de tecnologia para coletar estatísticas de uso e automatizar ações. Como as soluções tradicionais são caras, centralizadas e exigem investimentos que muitas empresas não têm como executar, a forma de viabilizar essa visão foi através de dispositivos embarcados de baixo custo e serviços de nuvem sob demanda.


Basicamente, um dispositivo conectado à internet envia e recebe informações. Essa habilidade, aparentemente tão simples torna os dispositivos ‘smart’ e isso faz toda a diferença: a nuvem fica mais próxima, serviços ficam mais baratos, a indústria fica mais eficiente e a informação passa a ser usada como nunca antes fora possível.


Para desenvolver a solução completa foi utilizado um sistema embarcado composto por hardware PIC ESP8266, com quatro sensores de temperatura, dois relés de acionamento e uma interface de conexão wifi. Os sensores monitoram a temperatura do compressor, do ar interno da geladeira e do produto internamente e o ambiente externo. Os relés servem para ligar e desligar a geladeira e a ventilação do compressor. Há também um sistema de proteção contra descargas elétricas e um sistema de proteção para a placa. Atualmente há mais de 100 dispositivos disponíveis nessa configuração.


Na nuvem Microsoft Azure foi utilizado o Hub IoT com uma biblioteca específica para o ESP8266 para integrar os equipamentos aos serviços de cloud, estabelecer a comunicação e carregar blocos de dados entre hardware e nuvem e Function apps para a comunicação entre o banco de dados e o Hub IoT. A gerência e configuração remota dos equipamentos foi desenvolvida com web apps e o armazenamento de dados utiliza Azure SQL Service.


Para tornar comercialmente viável, os serviços de manutenção preventiva e monitoramento e gerenciamento de equipamentos de refrigeração devem possuir baixo custo, para que, além do benefício de alto rendimento e disponibilidade, seja arcada com a própria economia de energia. Foi criada uma placa eletrônica de monitoramento de equipamentos de refrigeração que lê três pontos de temperatura através de sensores cabeados, corrente e tensão, além de possuir dois relês que podem cortar o suprimento de energia, da totalidade ou de parte do equipamento, através de comandos recebidos por parâmetros previamente definidos com base nas leituras e armazenados em um banco de dados na internet, com a precisão necessária para monitorar a eficiência da refrigeração utilizando componentes confiáveis e baratos.


O envio de dados é feito via wifi utilizando a internet disponível no estabelecimento. Esses dados são armazenados em um banco de dados e estatisticamente comparados com regras de eficiência especificas para cada segmento ou indústria adaptados a parâmetros específicos do cliente e os relés de acionamento ligam e desligam o suprimento de energia de cada equipamento, total ou parcialmente, de acordo com os horários de funcionamento e as faixas de controle de temperatura dos produtos armazenados ou das características do ambiente controlado.


Ainda, ações relacionadas à manutenção preventiva e corretiva são acionados de acordo com a telemetria de cada equipamento e regras de operação de cada fabricante, acionando automaticamente equipes de manutenção em caso de quebra, perda de eficiência ou mau funcionamento. Também são acionadas ações de emergência como desligamento automático em caso de superaquecimento, monitoramento de status online via tablet ou smartphone e um sistema de comunicação auxiliar por SMS para evitar a deterioração dos produtos armazenados.

Por fim, um conjunto padronizado para cada equipamento de cada fabricante composto de checklists de testes, análise e ajustes de otimização da eficiência permite desempenhar rotinas de manutenção em série em vários equipamentos simultaneamente.