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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6713| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | GreenFramework: um framework para monitoramento inteligente de recursos energéticos em cidades inteligentes |
| Título(s) alternativo(s): | GreenFramework: a framework for intelligent monitoring of energy resources in smart cities |
| Autor: | SANTOS JUNIOR, Nerval de Jesus ![]() |
| Primeiro orientador: | LOPES, Denivaldo Cicero Pavão |
| Primeiro coorientador: | LIMA, Shigeaki Leite |
| Primeiro membro da banca: | LOPES, Denivaldo Cicero Pavão |
| Segundo membro da banca: | OLIVEIRA, Denisson Queiroz |
| Terceiro membro da banca: | SOUZA, Cleonilson Protásio de |
| Quarto membro da banca: | RABÊLO, Ricardo de Andrade Lira |
| Quinto membro da banca: | FABRO, Marcos Didonet Del |
| Resumo: | Diante do aumento da demanda energética global e da expansão de cidades inteligentes com uso de IoT para a gestão integrada de energia elétrica e recursos hídricos, instituições públicas como a UFMA enfrentam a ausência de ferramentas de monitoramento de baixo custo, resultando em desperdícios, altos custos operacionais e elevadas emissões de CO2 devido à ineficiência no gerenciamento de cargas prediais. Neste trabalho, propõe-se o framework GreenMonitoring que é baseado em IoT, Inteligência Artificial e MDE para suportar o monitoramento inteligente de energia elétrica e água em prédios. O framework integra dados desde a coleta, via sensores, até a disponibilização por meio de Application Programming Interfaces (APIs) ou um front-end como aplicação Web. A motivação do estudo decorre da necessidade de alinhar a gestão institucional aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS 7 e 11), superar a escassez de plataformas modulares de código aberto, a predominância de sistemas proprietários complexos e caros, a reduzida integração do nexo água-energia em campi universitários e a falta de interfaces intuitivas para usuários não técnicos, partindo da hipótese de que um framework baseado em IoT e machine learning pode identificar padrões de consumo, detectar anomalias e prever demandas com alta precisão, reduzindo significativamente o desperdício de ambos os recursos. Propõe-se o GreenFramework, uma arquitetura modular e escalável para gestão integrada de recursos, instanciada neste trabalho como GreenMonitoring. No estudo de caso, o GreenMonitoring foi implantado para monitorar subestações de energia elétrica e entrada de água em prédios da UFMA. Assim, medições de energia elétrica foram feitas em seis prédios da UFMA, identificando-se picos de demanda entre 13h e 17h, desperdícios em horários de baixa ocupação e emissões de CO2 calculadas com base no fator mensal do MCTI, além de modelos preditivos com excelente desempenho (R2 de até 0,9725 no prédio do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia — CCET); quanto ao consumo hídrico, foi instalado apenas um medidor no Instituto de Energia Elétrica (IEE) — devido à grande distância física dos pontos de medição de água em relação aos de energia, o que dificultou a instalação em múltiplos prédios —, tendo o equipamento funcionado corretamente, com coleta e transmissão de dados plenamente validadas, embora análises quantitativas mais aprofundadas e identificação de picos de consumo hídrico tenham ficado como perspectiva futura de expansão. |
| Abstract: | Amid the rising global energy demand and the expansion of smart cities utilizing IoT for integrated management of electricity and water resources, public institutions such as UFMA face a lack of low-cost monitoring tools, leading to waste, high operational costs, and elevated CO2 emissions due to inefficiencies in building load management. This work proposes the GreenMonitoring framework, based on IoT, Artificial Intelligence, and Model-Driven Engineering (MDE), to support intelligent monitoring of electricity and water in buildings. The framework integrates data from collection via sensors to availability through Application Programming Interfaces (APIs) or a web application front-end. The study’s motivation stems from the need to align institutional management with the Sustainable Development Goals (SDG 7 and 11), overcome the scarcity of modular open-source platforms, the predominance of complex and expensive proprietary systems, the limited integration of the water-energy nexus in university campuses, and the lack of intuitive interfaces for non-technical users, based on the hypothesis that an IoT- and machine learning-based framework can identify consumption patterns, detect anomalies, and predict demands with high accuracy, significantly reducing waste of both resources. The GreenFramework is proposed as a modular and scalable architecture for integrated resource management, instantiated in this work as GreenMonitoring. In the case study, GreenMonitoring was deployed to monitor electrical substations and water intake in UFMA buildings. Electricity measurements were conducted in six UFMA buildings, identifying demand peaks between 1 p.m. and 5 p.m., waste during low-occupancy hours, and CO2 emissions calculated based on the monthly MCTI factor, along with predictive models showing excellent performance (R2 up to 0.9725 in the Center for Exact Sciences and Technology building — CCET); for water consumption, only one meter was installed at the Institute of Electrical Energy (IEE)—due to the large physical distance between water and energy measurement points, which hindered installation in multiple buildings—with the equipment functioning correctly and data collection and transmission fully validated, although deeper quantitative analyses and identification of water consumption peaks remain as future expansion prospects. |
| Palavras-chave: | cidades inteligentes; monitoramento energético e hídrico; internet of things; machine learning. smart cities; energy and water monitoring; internet of things; machine learning. |
| Área(s) do CNPq: | Ciência da Computação |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
| Sigla da instituição: | UFMA |
| Departamento: | DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET |
| Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET |
| Citação: | SANTOS JUNIOR, Nerval de Jesus. GreenFramework: um framework para monitoramento inteligente de recursos energéticos em cidades inteligentes. 2025. 173 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2025. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6713 |
| Data de defesa: | 1-Dez-2025 |
| Aparece nas coleções: | DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Nerval_Junior.pdf | Dissertação de Mestrado | 26,44 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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