Claire Swedberg
A empresa de tecnologia da Nova Zelândia IoT Ventures está visando o gerenciamento da escassez de água em ilhas remotas, com uma solução baseada em rede de longa distância (LoRaWAN) de longo alcance que em breve incluirá conectividade via satélite. A solução encaminha as informações do nível do tanque de água dos locais mais remotos. O objetivo, de acordo com a empresa, é fornecer dados dos locais de contenção de água relacionados aos níveis de enchimento, para ajudar os gestores a entender e responder a possíveis desabastecimentos. A conectividade LoRaWAN é fornecida pela Semtech, com chips embutidos nos sensores e gateways.
A solução de monitoramento de água de ponta a ponta é particularmente voltada para comunidades em locais relativamente isolados, seja no continente ou em ilhas. O sistema foi testado até agora na Nova Zelândia, e a empresa está agora implantando-o em ilhas do Pacífico Sul, com o apoio da Engenheiros Sem Fronteiras da Nova Zelândia e do Ministério de Relações Exteriores e Comércio da Nova Zelândia. As Ilhas Cook são um país insular composto por 15 ilhas e uma área total de aproximadamente 240 quilômetros quadrados (93 milhas quadradas). As ilhas são amplamente dispersas, com a nação cobrindo 1,9 milhão de quilômetros quadrados (736.000 milhas quadradas).
As ilhas normalmente contam com a coleta de chuva como fonte de água, com a chuva captada em tanques e reservatórios para as populações que vivem em cada ilha. Os níveis de água são de importância crítica no caso de uma seca. Se uma comunidade ficar sem água, pode ser necessário esperar que o governo das Ilhas Cook traga ajuda por meio de tanques cheios de água viajando de navio. E o risco de escassez de água nas ilhas vem aumentando com as mudanças climáticas. Assim, o desafio não é apenas responder rapidamente a uma crise hídrica, mas preveni-la.
Além do governo nacional das Ilhas Cook, outras partes interessadas incluem o governo da Nova Zelândia, que apóia algumas ilhas, bem como os gestores locais de água em cada massa de terra. Todas essas partes estão colaborando para melhorar a resiliência da comunidade à escassez de água e se esforçam para acompanhar a quantidade de água disponível. A detecção do nível da água pode ser crucial para alertar o público, bem como para planejar respostas às secas. Portanto, a IoT Ventures vem desenvolvendo, testando e agora implantando uma solução que mede os níveis de água comunitários e residenciais para cada tanque específico, diz Matt Hector-Taylor, diretor da IoT Ventures.
A IoT Ventures foi formada na Nova Zelândia em 2016. A empresa projeta soluções que incluem software, dispositivos finais habilitados para LoRaWAN e gateways para gerenciar dados para uma variedade de aplicativos, desde gerenciamento de água e irrigação até monitoramento de silo de grãos, bem como um cavalo solução de monitoramento de bem-estar e um sistema de segurança do barco. LoRaWAN é um protocolo de rede sem fio que utiliza terminais de sensores para transmitir dados para gateways, que então enviam pacotes de dados para um servidor, normalmente por meio de uma conexão celular, como 3G.
A empresa fornece exclusivamente a tecnologia LoRaWAN para resolver problemas que exigem o tipo de conectividade que normalmente alcança uma distância de leitura de cinco a 10 quilômetros (3,1 a 6,2 milhas), com pacotes contendo 292 bits a 50 kilobits de dados. “Nós só procuramos problemas onde LoRa [conectividade] é mais adequado”, diz Hector-Taylor. Assim, a IoT Ventures busca oportunidades que não podem ser facilmente resolvidas usando outras tecnologias. “Quando temos uma ideia e passamos por todo um processo de análise rigoroso, e LoRa é a melhor resposta, então vamos em frente.”
A solução de gerenciamento de água da ilha se enquadra nessa categoria, pois a IoT Ventures visa fornecer um sistema sem fio de longo alcance que pode incluir gateways movidos a energia solar e que pode ser de baixo custo e fácil de implantar. Depois de testar a solução nas comunidades da Nova Zelândia a partir de 2019, a empresa começou a planejar a solução para as Ilhas Cook, incluindo a maior ilha do país, Rarotonga. Os sensores são implantados onde a água é coletada, e uma única ilha pode armazenar sua água em vários tanques comunitários de 40.000 ou 80.000 litros (10.570 ou 21.130 galões), ou em pequenos reservatórios. Em alguns casos, a água é armazenada em tanques residenciais que podem armazenar cerca de 5.000 litros (1.320 galões).
A IoT Ventures oferece dispositivos sensores que podem ser usados em uma variedade de tanques de contenção de água. Segundo a empresa, esses dispositivos são do tamanho de um maço de cigarros para tanques maiores, ou um bloco de pequenos post-its para locais residenciais. Os sensores são normalmente montados em cima de um tanque, usam um painel solar embutido para energia e vêm com um gabinete com classificação IP67 para resistir às intempéries, juntamente com um sensor de pressão de monitoramento de profundidade conectado que é abaixado no tanque. Os sensores medem o nível da água aproximadamente a cada hora e, em seguida, usam o chip LoRaWAN integrado para encaminhar os dados para um gateway, onde outro chip LoRaWAN recebe a transmissão. Um dispositivo de radar LoRaWAN movido a energia solar é usado em tanques residenciais menores.
Com o painel solar em uso, cada dispositivo sensor pode operar por mais de 10 anos sem exigir intervenção. A IoT Ventures normalmente trabalha com Engenheiros Sem Fronteiras da Nova Zelândia e governos ou comunidades locais para implantar o sistema e acessar os dados. A empresa também faz parceria com o departamento de Infraestrutura das Ilhas Cook do governo e treina membros para instalar os dispositivos e estações base. Normalmente, cada implantação requer um ou dois gateways para cobertura total da ilha. Os gateways encaminham pacotes de dados baseados em nível de água para o software IoT Ventures baseado em nuvem por meio de uma conexão celular.
O software da IoT Ventures fornece informações sobre os níveis de água para as partes autorizadas em um painel, proporcionando uma visão em tempo real. Ele também pode encaminhar alertas aos gestores se os níveis de água ficarem muito baixos. Com alertas em tempo real, os gerentes podem responder com as ações apropriadas, que podem incluir o envio de água de reserva ou alertar os moradores da cidade para reduzir o consumo de água para evitar uma interrupção. Além disso, relatórios da IoT Ventures, o recurso de análise pode ajudar os governos a planejar e até prevenir futuros eventos de seca.
O software realiza análises históricas para ajudar os gerentes a prever os níveis de água daqui para frente. Dados como previsões meteorológicas podem ser aplicados a outros algoritmos para identificar quando a água pode acabar. Espera-se também que os dados capturados pela solução da IoT Ventures ajudem os meteorologistas e funcionários do governo a entender melhor os padrões climáticos e as taxas de uso de água em locais onde a previsão do tempo é menos confiável. “Há muito trabalho sendo feito para melhorar os dados climáticos”, afirma Hector-Taylor, “e, portanto, recebemos entradas [dados meteorológicos], enquanto também contribuímos preenchendo lacunas de dados [por exemplo, dados de chuva]”.
Embora a tecnologia esteja agora ativa em três das Ilhas Cook, mais implantações estão sendo planejadas. Além das Ilhas Cook, Hector-Taylor diz: “Esperamos começar a nos mudar para novos países também no próximo ano”. A empresa compara a solução a um sistema de controle supervisório distribuído e aquisição de dados (SCADA), por meio do qual os sensores em locais remotos podem ser gerenciados como parte de uma única rede, permitindo tanto o monitoramento das condições quanto a emissão de controles para esses dispositivos.
“Começamos com um escopo bastante estreito”, lembra Hector-Taylor, “que eram tanques de água residenciais e comunitários e níveis de drenagem para seca”. A longo prazo, no entanto, a solução pode agregar valor para outros desafios de infraestrutura, diz ele. Por exemplo, quando os níveis de água caem, a salinidade torna-se um problema potencial que pode exigir medidas preventivas se os níveis de salina aumentarem muito. Alguns gerentes podem querer usar dados de sensores para monitorar os lençóis freáticos em cada ilha, permitindo que eles entendam quando poços e outros tipos de infraestrutura contendo água podem precisar ser adicionados.
O próximo desenvolvimento da IoT Ventures é empregar uma opção de satélite para os locais mais remotos onde a conectividade celular pode não estar disponível. Com satélites de baixa órbita terrestre (LEO) que empregam transmissão LoRaWAN, os dados podem ser encaminhados para um servidor sempre que um satélite estiver dentro do alcance. A IoT Ventures e a Semtech estão em parceria com a empresa de tecnologia de satélite Lacuna Space para fornecer satélites LEO de conectividade à medida que passam. O chip Semtech LR1120 dos gateways já pode realizar transmissão celular e via satélite, observam as empresas.
A IoT Ventures pretende ter o primeiro teste de tecnologia em andamento neste outono, que envolverá o envio de dados via satélite de uma das Ilhas Cook, com produção total da tecnologia prevista para antes do final deste ano financeiro. Até hoje, a menor ilha que usa a tecnologia tem cerca de 80 pessoas, cerca de 20 caixas d’água e 20 dispositivos IoT Ventures. Em outras ilhas, várias centenas desses dispositivos estão sendo implementados.
Desde a sua instalação, a tecnologia detectou vários problemas, incluindo um vazamento de tanque de água em uma das ilhas, que descobriu com base em uma queda inesperada no nível de enchimento. Assim, a comunidade conseguiu resolver o problema antes que uma quantidade significativa de água pudesse ser perdida. Com a tecnologia, Hector-Taylor especula: “Acho que o pessoal de gerenciamento de infraestrutura se sente muito mais confortável com o estado das coisas”, já que agora podem ficar de olho nas condições em toda a extensão das ilhas do país.