1. Problema que busca resolver
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La sostenibilidad energética en los sistemas de sensores para Internet de las Cosas (IoT) agrícolas.
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Las soluciones actuales basadas en la captación solar presentan limitaciones importantes (intermitencia, baja eficiencia, dependencia del entorno) que dificultan la implementación a largo plazo y a gran escala.
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La necesidad de un paradigma de suministro energético más versátil y confiable para el IoT agrícola.
2. Ámbito de aplicación de la solución
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Agricultura inteligente y automatización en campo abierto, invernaderos, monitoreo de cultivos y ganado.
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Sensores para monitoreo climático, calidad del suelo, salud de plantas y animales, con despliegue en ambientes difíciles (subterráneos, interiores, acuáticos).
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Aplicaciones de agricultura 4.0 que requieren alta precisión, gran volumen de datos y funcionamiento continuo.
3. Dificultades en el proceso
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La intermitencia de la energía solar (no disponible en la noche o en condiciones climáticas adversas).
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Limitaciones en la capacidad de almacenamiento energético de dispositivos pequeños.
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Pérdidas y baja eficiencia en la captación y transferencia de energía inalámbrica.
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Obstáculos físicos y entornos variables que afectan la transferencia inalámbrica de energía.
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Costos y tamaño de antenas y dispositivos para la transferencia de energía.
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Complejidad para cubrir diferentes escenarios agrícolas con una sola fuente de energía.
4. Estructura del sistema propuesto (PowerEdge)
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Tres capas principales:
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Fuentes de energía renovable: solar, eólica, radiofrecuencia, energía hidráulica, etc.
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Power Edge: red distribuida para almacenar, gestionar y transferir energía mediante tecnologías como captura ambiental múltiple, almacenamiento distribuido y transferencia inalámbrica.
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IoT agrícola: nodos sensores equipados con baterías recargables o sin batería, alimentados y gestionados por la red de PowerEdge.
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Tecnologías complementarias: transferencia inalámbrica de energía (cercana y de campo lejano), superficies reflectantes inteligentes (IRS) para mejorar la eficiencia y cobertura.
5. Funcionamiento del sistema
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Captura de energía ambiental a través de paneles solares, turbinas eólicas, antenas RF, etc.
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Almacenamiento distribuido para balancear y proveer energía continua.
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Transferencia inalámbrica desde nodos de almacenamiento a sensores IoT, con soporte para movilidad (vehículos y drones cargadores).
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Comunicación y monitoreo remoto vía Wi-Fi para reporte de estado y datos sensoriales.
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Adaptación dinámica del suministro energético según demanda y condiciones ambientales.
6. Parámetros obtenidos del sistema
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Distancias efectivas de transferencia inalámbrica de energía de hasta 12 metros en campo abierto, y hasta 40 metros en pasillos con reflexión de señales.
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Intervalos de paquetes recibidos de sensores sin batería que varían desde 11 segundos hasta minutos, dependiendo de condiciones (línea de vista, obstáculos, subterráneo).
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Robustez comprobada bajo diferentes condiciones climáticas, humedad y microclimas agrícolas.
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Voltajes de operación mantenidos estables durante pruebas continuas (12.5 V a 11.3 V en batería).
7. Software utilizado
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No se menciona software específico de simulación o desarrollo, pero se usan módulos comerciales y equipos de prueba (Powercast TX91501B, controladores híbridos, medidores de energía) para la implementación y monitoreo experimental.
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El sistema se apoya en aplicaciones PC y móviles para el monitoreo remoto en tiempo real.
8. Resultados obtenidos
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Prueba de concepto exitosa con componentes comerciales mostrando viabilidad técnica.
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Capacidad para mantener sensores activos continuamente mediante suministro energético inalámbrico.
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Pruebas bajo escenarios de línea de vista, sin línea de vista, subterráneos y con obstáculos demostraron funcionalidad y alcance significativos.
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Adaptabilidad a entornos agrícolas variados y condiciones meteorológicas cambiantes.
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Identificación de desafíos técnicos para mejorar eficiencia, alcance y miniaturización.
9. Contribuciones del trabajo
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Propuesta de un paradigma integral de suministro energético para IoT agrícola llamado PowerEdge, que supera limitaciones de enfoques tradicionales basados únicamente en energía solar.
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Integración orgánica de múltiples fuentes de energía, almacenamiento distribuido, transferencia inalámbrica y tecnologías emergentes (IRS).
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Demostración experimental de un sistema funcional y evaluación detallada en múltiples escenarios reales.
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Planteamiento de desafíos técnicos y oportunidades para avanzar hacia una agricultura inteligente y sostenible.
10. Investigaciones futuras mencionadas
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Estudio del impacto del campo electromagnético y la transferencia inalámbrica en el crecimiento de plantas y animales.
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Manejo de interferencias energéticas en redes densas de sensores con múltiples cargadores inalámbricos.
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Modelado específico según tipo de aplicación y disposición espacial para optimizar despliegue energético y protocolos de comunicación.
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Desarrollo y aplicación de superficies inteligentes (IRS/RIS) para mejorar la eficiencia y alcance en la transferencia inalámbrica de energía.
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Mejoras en eficiencia energética, reducción del tamaño de antenas y costos de implementación.
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