Comunicación inalámbrica rentable con sensores inteligentes más eficientes

En el mundo actual, cada vez más dispositivos se conectan entre sí de forma inalámbrica mediante sensores inteligentes. Pero a medida que crece el Internet de las cosas, utiliza cada vez más energía. Para resolver este problema, el proyecto del faro ZEPOWEL Fraunhofer resultó en el desarrollo de equipos que no solo hacen que los sensores sean energéticamente eficientes, sino que incluso les permite ahorrar energía. El punto de partida del proyecto son dos nodos de sensores, uno para el control de la máquina y el otro para la medición de la calidad del aire de la ciudad.

Independientemente de si protegen las casas de los intrusos o las vigilan máquinas el uso de sensores con fines de supervisión y control está aumentando en las fábricas. Hay sensores que informan de una apertura repentina de una ventana y sensores que registran cuando la máquina está inactiva y desperdiciada energía– solo por nombrar algunos ejemplos. Usando un microcontrolador, estos pequeños dispositivos analizan la situación y luego envían una señal a través de la unidad inalámbrica y reciben instrucciones. A la luz del creciente número de dispositivos de este tipo, llamados nodos de sensores, los expertos han estado utilizando el término “Internet de las cosas” (IoT) durante muchos años: una red que verá el futuro, donde muchos millones de dispositivos estarán conectados a través del Internet. Y aplicaciones industriales.

La demanda de energía está a la par con toda Alemania

La gran cantidad de nodos de sensores que se han introducido en el juego hasta ahora ya están consumiendo enormes cantidades de energía. Ya en 2013, el consumo de energía de todos los electrodomésticos conectados en todo el mundo era igual a la demanda total de electricidad de toda Alemania, según un estudio de la Agencia Internacional de Energía en París. En este contexto, ocho Institutos Fraunhofer unieron fuerzas hace algún tiempo para crear el proyecto del faro Fraunhofer ZEPOWEL (ver recuadro), que tiene como objetivo desarrollar un sistema de alta eficiencia energética. nodos sensores. Este año se presentarán dos soluciones que abordarán el desafío del consumo energético desde dos perspectivas diferentes. Uno es un nodo sensor autónomo que suministra energía y, por ejemplo, recopila datos ambientales sobre la calidad del aire. El segundo incluye un nodo sensor que registra el estado operativo de máquinas, motores o bombas para reducir drásticamente su consumo de energía.

“El hardware del nodo de detección que desarrollamos durante el proyecto se distingue por el hecho de que se puede construir modularmente a partir de una variedad de componentes estructurales, lo que permite adaptarlo a una amplia gama de aplicaciones”, explica Erik Jung, miembro del equipo del proyecto en el Instituto Fraunhofer de Confiabilidad y Microintegración IZM: un instituto que reunió los logros individuales de los institutos participantes para formar un todo funcional. “Muchos socios compartieron sus conocimientos sobre el desarrollo de i electrónica de controlmientras que otros ofrecieron su experiencia en el diseño de baterías y convertidores de energía pequeños y eficientes y protocolos inalámbricos seguros ”.

Sensor autosuficiente para una ciudad inteligente

Una característica esencial del nodo de detección autónomo, conocido como “nodo de ciudad inteligente”, es que entra en un modo de sueño profundo de alta eficiencia energética cuando no es necesario. En este estado, solo usa unos pocos nanovatios. Solo se enciende cuando se activa de forma inalámbrica, por lo que puede medir partículas y transmitir mediciones, por ejemplo, utilizando tecnología inalámbrica. El nodo de ciudad inteligente se instalará en automóviles y autobuses en los próximos meses. Utilizando un convertidor de energía, extrae su energía de las vibraciones que experimenta mientras viaja. “Estos nodos son pequeños y económicos, no requieren mantenimiento y se pueden usar en múltiples ubicaciones, lo que hace posible establecer una red de medición altamente integrada”, afirma Erik Jung. En el futuro, estos sensores también podrían usarse en la agricultura para medir la humedad del suelo y el contenido de nutrientes en lugares específicos con alta precisión, lo que permitirá a los agricultores regar y fertilizar su tierra de una manera más específica. Esta agricultura de precisión basada en sensores está ganando impulso, agrega Jung.

Enseñanza de máquinas ahorradoras de energía

El segundo tipo de nodo sensor se utilizará en máquinas con motores, inicialmente en máquinas herramienta suministradas por el socio industrial. Incluso hoy en día, muchas máquinas que deben iniciarse y detenerse manualmente todavía se utilizan en la actualidad. Una vez que se completa el pedido, permanecen inactivos hasta que alguien presiona el botón de encendido / apagado. Además de la tecnología de medición, el nuevo nodo sensor ahora incluye electrónica de potencia innovadora para disparar 15 kilovatios a voltajes de conmutación de hasta 850 voltios. El nodo está conectado a la máquina y luego puede encenderlo y apagarlo o operarlo a la velocidad requerida. “Todavía hay muchas máquinas en el mundo industrial que no tienen controles de velocidad”, dice Erik Jung. Agrega que reemplazarlos por máquinas nuevas sería muy costoso, por lo que vale la pena equiparlos con un nodo sensor inteligente. “Según estimaciones aproximadas, las emisiones de dióxido de carbono en Alemania se reducirían en alrededor de un 20 por ciento si la industria hiciera un uso extensivo de sensores con controles integrados ”, dice Jung. El proyecto del faro ZEPOWEL ahora ha demostrado cómo se puede hacer esto.