Sistemas de IoT autossustentáveis: sensores que geram energia
Uma das aplicações mais importantes dos sistemas inteligentes de Internet das Coisas (IoT) está voltada para a eficiência energética. Da indústria à agricultura, menor consumo de energia está diretamente relacionado a processos menos custosos e mais sustentáveis.
Na indústria, por exemplo, a IoT é amplamente utilizada para monitorar o desempenho das máquinas e avaliar a necessidade de manutenção preventiva. As utilities, por sua vez, aplicam a tecnologia para combater fraudes e evitar o desperdício de importantes recursos, como água, gás e energia elétrica.
No mundo agro, as possibilidades são bastante diversas. Ao aplicar sistemas inteligentes de refrigeração, os caminhões que transportam a produção do campo ao centros de distribuição mantêm a temperatura ideal de armazenamento, diminuindo as perdas. Já nas chamadas Smart Cities, os prédios inteligentes contam com sistemas de aquecimento e refrigeração autorreguláveis, muito mais econômicos.
Sistemas de IoT podem ser autossustentáveis?
Está mais do que clara a importância central da Internet das Coisas como tecnologia aliada da eficiência energética. Mas quando pensamos nos bilhões de dispositivos que compõem esse ecossistema e no consumo de energia que a totalidade deles demanda para funcionar, logo percebemos que para economizar é preciso consumir. Sim, precisamos de energia para salvá-la.
O que pode parecer contraditório à primeira vista fica mais claro quando analisamos as últimas tecnologias desenvolvidas para aproximar ao máximo o mecanismo da IoT da autossustentabilidade. Em outras palavras, estamos chegando cada vez mais perto de soluções que conseguem gerar em si mesmas a energia de que necessitam para desempenhar seu trabalho.
E, enquanto isso não é 100% realidade, temos nas baterias de última geração uma saída bastante eficiente para manter dispositivos funcionando por mais de 10 anos.
Baterias Primárias
Embora não seja uma fonte de energia alternativa e não componha um sistema autossustentável propriamente dito, as baterias primárias possuem validade cada vez maior. São diversas as tecnologias que buscam minimizar a corrente de fuga, além de permitir que os dispositivos mantenham seu desempenho em situações de temperaturas extremas.
A tecnologia permite prever o número exato de ciclos de transmissão com base no consumo de energia de cada envio de dados pelo sistema e, assim, calcular a vida útil da bateria. A mensuração remota de seu desempenho também analisa qualquer anormalidade de consumo, inclusive acionando comandos de correção à distância.
Com tudo isso ajustado, e com ciclos de transmissão de dados mais longos, é possível alcançar baterias com até 12 anos de vida útil.
Energia Mecânica
Para que a IoT atinja seu potencial completo, os sensores deverão ser autossustentáveis, gerando eletricidade a partir de elementos ambientais, como luz solar, fluxo de ar e vibração de materiais.
Máquinas pesadas, que compõem a linha de produção das indústrias, podem ser aproveitadas para produzir energia mecânica conforme movimentam-se durante seu trabalho. Estudos apontam que são gerados até 150 microwatts por centímetro quadrado de vibração.
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Para tanto, é usado o chamado o efeito piezoelétrico pelo qual a vibração de certos materiais gera carga elétrica. A energia produzida é pequena, mas suficiente para atender aos devices de IoT, já que eles não precisam enviar dados de maneira ininterrupta.
Energia Solar
A energia solar é a mais utilizada quando se busca construir sistemas de IoT autossustentáveis. Exceção apenas nos casos em que é necessária a implantação de sensores no subsolo ou em locais onde há baixa insolação, como no interior de fábricas ou regiões mais próximas dos polos terrestres.
Para o aproveitamento da luz solar são necessários apenas um painel fotovoltaico e uma bateria recarregável. Nesse cenário, os dispositivos são inteligentes o suficiente para transmitir dados apenas quando há carga suficiente armazenada, algo que pode variar de duas em duas horas ou de quatro em quatro.
Existem ainda diversos outros recursos naturais que podem ser incorporados pelos sistemas de IoT para a geração de energia. A força das marés, por exemplo, tem vasta aplicação em soluções de sensoriamento de tubulações subaquáticas que transportam petróleo. Já a energia termoelétrica pode ser usada em oleodutos onde costuma ocorrer perda de calor e baixa vibração. Nesse caso, a energia dissipada é transformada em eletricidade que alimenta os dispositivos ali acoplados.
Embora ainda seja mais complexo implementar tecnologias autossustentáveis para alimentar os sistemas de IoT do que utilizar baterias (cada vez mais eficientes), a energia do ambiente que envolve os dispositivos pode alimentá-los perenemente e ainda livrá-los de manutenção.
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