Energy Harvesting: capturando energía del entorno para alimentar dispositivos IoT

El concepto de Energy Harvesting o captación de energía está transformando la manera en que alimentamos dispositivos electrónicos, especialmente aquellos utilizados en soluciones del ecosistema IoT (Internet de las Cosas) que a menudo son pequeños sensores y actuadores de bajo consumo y que tienen que estar optimizados para no desperdiciar energía

Esta tecnología permite producir energía eléctrica del entorno y del medio ambiente, a partir de fuentes como la luz, el calor o el movimiento, y alimentar dispositivos IoT sin necesidad de suministro dependiente de baterías tradicionales o de fuentes externas. Esto supone una solución sostenible y eficiente que tiene innumerables ventajas y beneficios en numerosos sectores, como el industrial o el de salud.

Energy Harvesting ofrece nuevas capacidades innovadoras para muchos sectores, como el industrial y el de la salud.

Ventajas de Energy Harvesting

La tecnología de Energy Harvesting ofrece una serie de beneficios significativos que la convierten en una solución viable y sostenible para muchas soluciones basadas en tecnología IoT, incluyendo:

• Reducción de costes: La instalación y el mantenimiento de sistemas de Energy Harvesting son más económicos, eliminando la necesidad de cambiar baterías y reduciendo las paradas de servicio.
• Menor impacto ambiental: Al disminuir la dependencia de baterías desechables y fuentes de energía convencionales se reduce la generación de residuos electrónicos y el consumo de recursos naturales.
• Fuentes de energía sostenibles: Al aprovechar la energía del entorno, como la luz, el calor y el movimiento para alimentar dispositivos IoT, se reducen las emisiones de CO₂ y se promueven los sistemas autoalimentados y la sostenibilidad.
• Mejora de la eficiencia operativa: Estos dispositivos autoalimentados, como sensores y medidores, facilitan integrar mecanismos para el mantenimiento predictivo de la maquinaria de alto valor, optimizando el rendimiento y la vida útil de los equipos.
• Energía para entornos remotos: La tecnología de Energy Harvesting es especialmente útil en áreas remotas o de difícil acceso, proporcionando una fuente de energía continua, fiable y gratuita.
• Impacto social: Proporciona energía sostenible en regiones remotas, mejorando la calidad de vida y fomentando el desarrollo económico en áreas subdesarrolladas o con infraestructuras limitadas.

Energy Harvesting es una solución energética eficiente y un paso más hacia un futuro más sostenible y conectado.

Fuentes ambientales para la captación de energía

Las fuentes de energía para la captación de energía son diversas, cada una con sus propias ventajas y aplicaciones específicas. La elección de una u otra fuente ambiental depende de diversos factores, principalmente del entorno donde se vaya a implementar la solución.

Energía mecánica

Los sistemas de vibración piezoeléctrica son capaces de generar electricidad a partir de las vibraciones mecánicas, comúnmente presentes en entornos industriales. Estos sistemas pueden ser instalados en diferentes tipos de maquinaria para captar la energía generada durante su operación, que a su vez puede utilizarse para monitorizar su funcionamiento.

Por ejemplo, con sensores autoalimentados es posible implementar un mantenimiento predictivo que identifica posibles fallos antes de que ocurran, optimizando así el rendimiento y la vida útil de los equipos. Esto permite a las empresas anticipar problemas, programar intervenciones de mantenimiento en momentos oportunos y reducir el tiempo de inactividad, lo cual es fundamental para mantener la eficiencia operativa y la seguridad en entornos industriales críticos.

Energía térmica

La captación de energía térmica se basa en la conversión de diferencias de temperatura en electricidad utilizando dispositivos como los generadores termoeléctricos. Estos generadores pueden aprovechar el calor residual de procesos industriales, motores de combustión interna y otros equipos que emiten calor como subproducto. Este tipo de captación de energía es especialmente útil en entornos donde el calor desperdiciado es abundante y subutilizado.

⚡ Los generadores termoeléctricos convierten las diferencias de temperatura en energía eléctrica a través del efecto Seebeck, donde el diferencial térmico entre dos materiales distintos genera una corriente eléctrica. Al instalar estos generadores en puntos estratégicos, se puede capturar el calor residual para alimentar sensores y dispositivos IoT, lo que ofrece una solución sostenible y eficiente para el monitoreo y control de maquinaria industrial.

Energía solar

La utilización de células fotovoltaicas permite capturar energía solar o lumínica en interiores y exteriores. Estas células han sido optimizadas para funcionar incluso con niveles bajos de luz, lo que amplía su aplicabilidad en diversas situaciones, desde fábricas y almacenes hasta oficinas y hospitales.

La integración de Energy Harvesting con tecnologías de IoT y redes de sensores inalámbricos también está cambiando la automatización y el monitoreo en tiempo real. Los sensores autoalimentados pueden comunicarse entre sí, proporcionando información valiosa sin requerir mantenimiento frecuente. Esta capacidad permite la creación de infraestructuras inteligentes, donde los datos recopilados y su análisis avanzado mejoran la eficiencia y la sostenibilidad de las operaciones.

Nanomateriales y metamateriales

Además, se están desarrollando nuevos materiales y técnicas para aumentar la eficiencia de los sistemas de Energy Harvesting. Por ejemplo, los nanomateriales y las estructuras metamateriales tienen la capacidad de mejorar la captación y conversión de energía.

Estas innovaciones podrían multiplicar el rendimiento de los dispositivos, haciendo que la energía captada sea suficiente para alimentar sistemas más complejos y de mayor consumo energético.

Estos sistemas son especialmente valiosos en entornos remotos o de difícil acceso, donde las conexiones cableadas son inviables o costosas.

Ámbitos de aplicación

El concepto de Energy Harvesting encuentra su aplicación más lógica y eficaz en el ámbito industrial. Empresas en sectores como el químico, petroquímico, cementero y la siderurgia son ejemplos de industrias que pueden beneficiarse enormemente de esta tecnología.

Estos sectores, que hacen uso de maquinaria e infraestructura de alto valor en ubicaciones remotas o de difícil acceso, requieren soluciones robustas y adecuadas para mantener sus operaciones con eficiencia.

Sector Industrial

En estos entornos los dispositivos IoT equipados con sistemas de Energy Harvesting pueden instalarse para realizar monitoreo en tiempo real y mantenimiento predictivo, aprovechando la energía generada por las propias máquinas o el entorno.

Por ejemplo, en la industria de hidrocarburos, un termogenerador puede colocarse en una bomba de cargadero de hidrocarburo para generar electricidad a partir de la diferencia térmica entre la tubería caliente y la temperatura ambiente. Esta energía puede alimentar sensores de temperatura y vibración, permitiendo el análisis de la vibración y la temperatura, factores que influyen en la conservación de la máquina.

Sector Salud

Otro sector que puede beneficiarse enormemente de esta tecnología es el de la salud. Imaginemos dispositivos médicos portátiles que monitorean las constantes vitales de un paciente.

Aunque estos dispositivos usualmente llevan baterías, la tecnología de Energy Harvesting puede complementar su alimentación mediante la generación de energía a partir del calor corporal o el movimiento del paciente.

Innovación y desarrollo en Energy Harvesting

Desde el equipo de Innovación y Nuevos Negocios de Telefónica Tech realizamos un trabajo constante de scouting de empresas y tecnologías disruptivas para incorporar nuevos productos en nuestro portafolio a corto o medio plazo.

Este enfoque ágil nos permite evaluar rápidamente nuevas tecnologías y, cuando alguna resulta prometedora, desarrollamos una primera versión del producto que se valida con clientes en proyectos piloto. Esta metodología no solo evidencia la viabilidad de la tecnología, sino que también nos permite comprobar su propuesta de valor y su posterior industrialización.

Funcionamiento de la solución de Telefónica Tech

Actualmente ya tenemos una primera versión del producto de Energy Harvesting y estamos ejecutando un piloto con una empresa de hidrocarburos. En este caso, nuestra solución se compone de dos elementos principales: el hardware físico y la plataforma de software.

• El hardware incluye un termogenerador que se coloca en un elemento caliente, como en el ejemplo que mencionábamos antes de la bomba de cargadero de hidrocarburo. Este dispositivo aprovecha la diferencia térmica para generar la electricidad que hace funcionar sensores de temperatura y vibración, que a su vez permiten realizar el mantenimiento predictivo de la máquina.
• La plataforma software optimiza y gestiona la energía generada e integra y analiza datos procedentes de los sensores, proporcionando información en tiempo real sobre el estado de las máquinas y el entorno: permite visualizar datos, configurar alertas y generar informes detallados.

■ La solución Energy Harvesting de Telefónica Tech cuenta con la certificación ATEX. Esta certificación asegura que los dispositivos cumplen con los requisitos de seguridad necesarios para operar en entornos y atmósferas peligrosas, como en los sectores petroquímico, farmacéutico o alimentario.

Conclusión

La tecnología de Energy Harvesting representa un cambio de paradigma en la alimentación eléctrica para dispositivos IoT, ofreciendo una solución autoalimentada, sostenible y eficiente para todo tipo de sectores, incluyendo industriales y críticos.

Con la capacidad de generar energía a partir del entorno, esta tecnología reduce los costes operativos y el impacto ambiental, reduce las emisiones de CO₂ y mejora la eficiencia operacional y la seguridad. La innovación continua en este ámbito promete seguir transformando la manera en que aprovechamos las capacidades de las tecnologías y los recursos naturales.

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3 de septiembre de 2024