Como a energia sem fio pode mover a IIoT para o futuro

A Internet Industrial das Coisas (IIoT) alimentada sem fio oferece novas oportunidades de inovação para o setor produtivo

Yuval Boger

A Internet Industrial das Coisas (IIoT) descreve sensores, máquinas e outros dispositivos interconectados em rede com aplicativos industriais. A conectividade permite que a coleta, troca, automação e análise de dados ocorra em escala com pouca intervenção humana. Setores industriais como manufatura; óleo e gás; química e poder; alimentos e bebidas; transporte; aeroespacial e automotivo; agricultura; produtos farmacêuticos; metais; mineração e construção podem se beneficiar dos dispositivos IIoT.

De fato, relatórios analíticos mostram que a IIoT transformará muitos setores que representam aproximadamente dois terços da produção econômica global. Espera-se que a inovação na IIoT gere ganhos econômicos de US$ 14,2 trilhões até 2030 [expectativa revelada antes da crise mundial do coronavírus]. A promessa de inovação é empolgante quando dispositivos e sensores podem potencialmente melhorar drasticamente a eficiência e a segurança e podem contribuir para uma economia de custos em massa no centro de seus negócios.

No entanto, existem obstáculos a serem superados para que esse sucesso se torne realidade. Para perceber o potencial da IIoT, precisamos resolver um problema importante que atualmente limita a funcionalidade do dispositivo IIoT e diminui a implantação: fornecimento de energia.

As implantações da IIoT enfrentam desafios únicos de adoção em comparação com as implantações tradicionais da IoT, como residências e escritórios, devido ao uso em ambientes industriais. Um aspecto exclusivo é que as soluções de bateria existentes são insuficientes porque os aplicativos IIoT são densos em dados e exigem alta confiabilidade.

Os sensores na fabricação são críticos, mas as baterias são um fardo para substituir e os fios geralmente não são práticos. Por exemplo, em um centro de distribuição, é necessário rastrear caixas à medida que avançam por toda a cadeia de suprimentos. Como o centro de distribuição pode ter de 50.000 a 3 milhões de pés quadrados de tamanho, baterias e fios são inconvenientes, caros e potencialmente perigosos. Alguns sensores também simplesmente não podem ser alimentados por um fio, como em uma fábrica, onde existem muitos sensores de controle de processo em ambientes perigosos.

Conforme observado pela Arrow Electronics, substituir constantemente as baterias não é uma solução viável. “Para redes conectadas por sensores”, relata a empresa, “é provável que o consumo de energia do objeto seja significativamente menor do que o dos atuadores conectados; portanto, os objetos alimentados por bateria representam a grande maioria das implantações. para provar ser crítico à proliferação da IIoT, como muitas aplicações dependem de sensores que foram implantados em locais remotos (e, portanto, enviar engenheiros para o campo para substituir regularmente as baterias não será econômico)”.

Além das limitações impostas ao hardware da IIoT devido à operação com bateria, desenvolvedores e fabricantes estão frustrados com o fato de as idéias que eles imaginam não serem concretizadas sem superar esses desafios. Recursos importantes podem ser deixados no chão da sala de corte simplesmente porque a bateria não tem capacidade suficiente para suportá-los ou porque a implementação de tais recursos exigiria substituições muito frequentes da bateria.

A solução? Encontre uma maneira de fornecer energia confiável para locais remotos e ambientes extremos.

A energia geralmente é um fator limitante na funcionalidade do dispositivo, e isso só piora com a implantação do 5G. Frequências mais altas e velocidades de dados aumentam o consumo de energia. Essa é a compensação pelas promessas adicionais de velocidade e largura de banda 5G. Essas limitações de energia ameaçam atrofiar a inovação em torno da IIoT.

De acordo com a Forbes, “aqui está o que será necessário para criar um ecossistema 5G-IoT: fonte de alimentação automática, baterias e fios podem ser uma solução viável para alimentar a IoT agora, mas como o grande volume de IoT aumenta globalmente, será praticamente impossível acompanhar. Uma bateria com falha ou esgotada dentro de um sensor IoT, M2M ou automação de fábrica pode custar a receita da empresa e aumentar os problemas de segurança e responsabilidade. A energia sem fio – sem blocos, à distância – é fundamental”.

As empresas estão experimentando fontes alternativas de energia, mas mesmo essas não abordam completamente os desafios atuais:

• Baterias alcalinas de consumo são geralmente usadas para alimentar dispositivos IoT domésticos. Eles são baratos, mas impraticáveis ​​na maioria dos ambientes industriais. As baterias alcalinas têm uma faixa de temperatura limitada (0 a 60 graus Celsius), vedações frisadas que são propensas a vazamentos e uma alta taxa de autodescarga que reduz a expectativa de vida de um a dois anos.

• As baterias de lítio primário de nível industrial têm uma vida útil longa e baixo consumo médio diário de energia. A desvantagem? Eles não são recarregáveis.

• Tecnologias de captação de energia como dispositivos termoelétricos, eletromagnéticos e piezoelétricos ainda estão na infância e ainda precisam ganhar tração significativa.

• A energia solar oferece um ponto de partida, mas os níveis de energia não são fortes o suficiente para atender às demandas da maioria dos dispositivos. Além disso, a luz solar nem sempre está disponível e, às vezes, os painéis solares são obstruídos. Como podemos fornecer a energia necessária para alimentar a IIoT em ambientes industriais exigentes?

A energia sem fio de longo alcance que usa luz infravermelha pode ser a fonte de energia ideal para o fornecimento de energia sem fio em ambientes industriais. Ele pode fornecer quantidades significativas de energia, respeitando todos os padrões de segurança do consumidor. Pode trabalhar em ambientes difíceis sem interferir no Wi-Fi, 5G ou outros mecanismos de comunicação de dados. Como a luz pode viajar em um feixe fino e reto, como um ponteiro laser, os níveis de potência recebidos não diminuem com a distância, mesmo quando se usa receptores de potência muito pequenos.

No futuro, precisaremos de mais energia do que as baterias fornecem e mais liberdade do que os cabos de alimentação oferecem. “Hoje em dia, os fios e as baterias grandes determinam o que podemos e o que não podemos fazer”, diz Fierce. “A IIoT deve criar US$ 3,7 trilhões [montante calculado antes da crise do coronavírus] em valor nas fábricas, estima a consultoria McKinsey, mas esse é um sonho sem energia sem fio”.

Armazéns e fábricas precisam de energia sem fio para ajudar a inaugurar a próxima geração de recursos analíticos. Esse futuro verá mais sensores e recursos mais avançados, sem mais preocupações com o consumo de energia.

Como a Internet industrial conecta máquinas e dispositivos em setores de alto risco – como petróleo e gás, geração de energia e assistência médica – onde falhas no sistema ou tempo de inatividade não planejado podem causar situações de risco ou risco de vida, enfrentar esses desafios deve ser um objetivo importante. A energia sem fio pode fornecer novas opções para alimentar a IIoT, criando oportunidades para inovações significativas.

Yuval Boger é OCM da Wi-Charge.

- PUBLICIDADE -

DEIXE UMA RESPOSTA

Por favor digite seu comentário!
Por favor, digite seu nome aqui