🔹 Teoría (Conceptos relacionados y complementarios a WPT y EH)
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WPT (Wireless Power Transfer): Transferencia inalámbrica de energía mediante campos electromagnéticos.
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EH (Energy Harvesting): Captura de energía del ambiente, como solar, vibraciones o señales RF.
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Rectenna: Antena rectificadora que convierte señales RF en energía eléctrica.
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Operación energética neutra: El nodo adapta su consumo al perfil de energía disponible, usando gestión eficiente del ciclo de trabajo (duty cycle).
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Multipath y atenuación: Las señales RF se ven afectadas por la reflexión, interferencia y obstáculos.
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Capacitores frente a baterías: Menor coste y tamaño, pero mayor pérdida energética (fugas) y menor capacidad de almacenamiento.
🔹 Tipo de WPT / EH
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Tipo: Energy Harvesting por señales de radiofrecuencia (RF) provenientes de emisoras de televisión (TV broadcasting).
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No inductivo ni resonante, sino por captación directa de ondas electromagnéticas ambientales.
🔹 Problema que plantea
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Limitaciones en el uso extendido de WSNs debido a:
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Reemplazo frecuente de baterías.
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Dependencia de la energía solar, que es intermitente (clima, noche).
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Alto coste de baterías recargables.
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Inestabilidad y baja densidad energética de fuentes RF.
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🔹 Aplicaciones
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Monitoreo ambiental y de hábitat.
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Sistemas de salud (e-salud).
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Supervisión de procesos industriales.
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WSNs con alta densidad de nodos distribuidos.
🔹 Dificultades / Limitaciones
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Energía RF 100 veces más débil que la solar.
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Pérdidas por fugas en capacitores.
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Alta dependencia de la distancia a la torre emisora.
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Variabilidad en la señal por mantenimiento nocturno.
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Baja eficiencia de rectificación a bajos niveles de potencia.
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No se puede mantener una operación continua sin optimización del duty cycle.
🔹 Estructura del sistema
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Nodo sensor prototipo compuesto por:
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Rectenna (antena + circuito rectificador de onda).
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Capacitor electrolítico de aluminio (100 µF) para almacenar energía.
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MCU (MSP430F2274).
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Transceptor RF (CC2500, 2.4 GHz).
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Protocolo de red: SimpliciTI (TI).
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🔹 Funcionamiento del sistema
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La rectenna capta señales TV (UHF/VHF) y las convierte en voltaje DC.
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La energía se almacena en un capacitor.
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El nodo espera hasta alcanzar el voltaje mínimo necesario (≥2.9 V) para transmitir.
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Se calcula el duty cycle adaptativo según el voltaje disponible.
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El nodo transmite datos de temperatura y voltaje cada 5 s (modo RF); el nodo con batería cada 1 s.
🔹 Parámetros obtenidos
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Potencia de entrada evaluada entre –9 dBm a 9 dBm.
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Frecuencia de entrada: 15 MHz – 800 MHz.
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Eficiencia de rectificación >50% en ese rango.
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Corriente promedio transmisión: 13.14 mA por 3.4 ms.
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Voltaje operativo MCU: 2.4 V – 2.9 V.
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Duty cycle estimado: 1:1500.
🔹 Software que usa
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SimpliciTI: Protocolo de red propietario de Texas Instruments, bajo consumo, ideal para redes pequeñas (<256 nodos).
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Pseudoalgoritmo para cálculo adaptativo del ciclo de trabajo.
🔹 Resultados
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La energía RF captada es estable en el tiempo comparado con energía solar.
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Se demostró viabilidad de operación de nodos WSN autónomos cercanos a torres de transmisión.
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El sistema logró transmitir datos de sensores cada 5 segundos usando solo energía captada de TV.
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Adaptación del duty cycle permitió mantener operación energética neutra.
🔹 Aporte
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Prototipo funcional de nodo WSN autónomo usando solo energía de señales de TV.
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Validación de uso de capacitores en vez de baterías.
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Desarrollo de un método adaptativo de gestión energética con bajo costo de implementación.
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Prueba de campo real a 500 m de una torre de TV.
🔹 Investigaciones futuras
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Mejora en eficiencia de circuitos rectificadores a bajos niveles de potencia.
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Explorar otras fuentes de RF (Wi-Fi, celulares) para cosecha de energía.
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Desarrollo de nodos con múltiples canales de recolección energética.
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Integración con redes LPWAN (LoRa, Sigfox) para extender cobertura.
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Automatización avanzada del ciclo de trabajo con inteligencia artificial o predicción energética.
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