El concepto de internet de las cosas (IdC), en el que los objetos físicos son capaces de generar y compartir información en red, ha sumado un buen ejemplo práctico en el sector industrial brasileño. Una startup de la localidad de Capivari, en el interior del estado de São Paulo, desarrolló un sistema utilizando IdC, en el cual las baterías se cargan con energía captada en el aire. La empresa IBBX Inovação, creada en 2018, ofrece a la industria una tecnología que captura la energía dispersa en ambientes fabriles bajo la forma de radiación electromagnética –emitida por los cables de alta tensión y los paneles y motores eléctricos de las propias máquinas en funcionamiento– y la transmite en forma inalámbrica a las baterías que alimentan los sensores de IdC.
Estos sensores, incorporados en las instalaciones industriales, recogen información sobre el funcionamiento de las propias máquinas, tales como la temperatura, la presión y el consumo de energía, y la ponen a disposición de sus operadores. Los datos también se almacenan en la nube, generando archivos con el historial de rendimiento de los distintos dispositivos (véase la infografía).
“Más allá de la ventaja que supone el reciclado de la energía perdida, nuestra solución es totalmente wireless [inalámbrica] y prescinde del uso de cables que conectan y alimentan los sensores. La eliminación de los cables ahorra costos y el trabajo constante de mantenimiento”, subraya William Aloise, cofundador de IBBX.
El elemento clave para captar y transmitir energía a través del aire, explica el ingeniero electricista Hugo Enrique Hernández Figueroa, de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y de Computación de la Universidad de Campinas (Feec-Unicamp), es un dispositivo llamado rectena. Se trata de una antena rectificadora, una combinación de antena y rectificador que capta las ondas electromagnéticas, de corriente alterna, y las convierte en señales de corriente continua, que son las requeridas para el funcionamiento de los sensores. “El espectro de frecuencias para esta aplicación es amplio: desde unos pocos megahercios, como en el caso de las ondas de radio, hasta las altas frecuencias ópticas. La eficiencia energética puede llegar a un 90 %”, informa.
La captación y la transmisión de energía por el aire, apunta Figueroa, no es precisamente una novedad. La hipótesis ya había sido investigada desde finales del siglo XIX por científicos como el croata Nikola Tesla (1856-1943), relata el investigador. Como la pretensión inicial era transmitir grandes cantidades de energía, el reto que ello suponía hizo que la idea fuera dejada de lado y solo se la retomara en la década de 1960. “El mérito de IBBX fue haber desarrollado un producto de interés comercial aplicando conocimientos y tecnologías disponibles, como el reciclado de energía a bajas frecuencias”, opina Figueroa, quien no tiene ningún vínculo con la startup.
Según Aloise, la solución que desarrolló IBBX es inédita y fruto de un largo trabajo de investigación y desarrollo. “Nuestra aplicación se traduce en la captación de energía y la conectividad por radiofrecuencia a larga distancia entre los sensores de IdC. La combinación de la capacidad de suministro de energía, el requisito de transmisión de datos y el bajo costo de implementación resuelven los obstáculos que plantea la expansión de IdC en la industria”, dice el emprendedor.
La empresa ha presentado 11 solicitudes de patentes vinculadas al dispositivo y ha suministrado alrededor de 1.500 unidades a sus clientes en todo Brasil
La empresa tiene 46 empleados, 14 de ellos dedicados a tareas de investigación y desarrollo, y ya ha depositado 11 pedidos de patentes, 6 en el exterior y 5 en Brasil. Cuenta con una cartera de más de 30 clientes, a los que ha proporcionado alrededor de 1.500 unidades de su invento: un cubo de 5 centímetros (cm) de lado provisto de una antena, cuyo costo promedio es de 80 dólares. La compañía de alimentos BRF, el fabricante de motores MWM y el de chapas y complementos de fibrocemento Confibra son usuarios de las soluciones que provee la startup.
En MWM, el ingeniero de mantenimiento Humberto Ramos da Silva explica que los sensores de IBBX se emplean para el monitoreo en tiempo real de unos 150 dispositivos, recabando rangos de vibración, temperatura, presión y caudal. “Nuestros costos disminuyeron, porque prescindimos de toda una serie de componentes eléctricos, tales como cables, cajas, canaletas, caños eléctricos y paneles, que normalmente estaban destinados a las bombas y motorreductores [un sistema compuesto por un motor eléctrico y un engranaje reductor]”.
Por su parte, el ingeniero mecánico Wilker Forti, gerente industrial de Confibra, hace hincapié en el salto de calidad en el mantenimiento de los equipos a partir de la información recabada por los sensores de IdC. “Tras la instalación de estos dispositivos en las máquinas, pudieron establecerse rutinas de inspección diseñadas para cada equipo industrial. La interpretación automática de los datos nos ayudó a evitar colapsos y detenciones de la producción innecesarias”, dice Forti.
Uno de los retos que acarrea la transmisión de datos en el ambiente industrial implica superar obstáculos tales como las barreras físicas y las interferencias electromagnéticas en grandes superficies, explica Aloise. “Debido a estas dificultades, las ondas de alta frecuencia, como las de los dispositivos bluetooth, 3G y 4G, no pueden avanzar más que unas pocas decenas de metros. Esto obligaría a instalar varias repetidoras de señal, aumentando el costo de la infraestructura, tal como ocurría cuando se utilizaban cables”, dice. “Para sortear estas barreras hemos desarrollado nuestro propio protocolo de comunicación, que no se ve tan afectado por las interferencias en esos ambientes y es capaz de cubrir distancias más amplias”.
Una vez superado el obstáculo de la comunicación, el campo estaba libre para lo que se considera como uno de los mayores beneficios que ofrece la tecnología suministrada por IBBX: el monitoreo predictivo de los equipos de una fábrica. Al estar conectada, la maquinaria equipada con los sensores de IdC puede monitorearse a distancia en tiempo real, las 24 horas del día, permitiendo la detección de posibles fallos con antelación.
“Cuando empezamos a recolectar los datos, pensamos: no todos los clientes que van a recibir información sobre las vibraciones, la temperatura y el consumo energético de cada dispositivo cuentan con un analista de vibraciones, un mecánico o un electricista que interprete esos datos. Necesitan que se les traduzca la información. Así que también nos pusimos manos a la obra para desarrollar un software de gestión de los datos recabados por los sensores de IdC”, recuerda Aloise.
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPSensores en Confibra: el sensor recopila datos sobre el funcionamiento de la maquinaria industrial y los pone a disposición en la nubeLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
La diferencia entre el monitoreo predictivo y el mantenimiento preventivo tradicional radica en que el primero se basa en los datos provistos permanentemente por las máquinas, mientras que el segundo tiene valores predefinidos por los fabricantes o proveedores de activos y componentes. En el mantenimiento preventivo, por ejemplo, un rodamiento de una máquina diseñado para que dure 10.000 horas debe cambiarse al alcanzar ese límite. “Con el monitoreo predictivo que proporcionan los sensores de IdC, el mantenimiento o el recambio de los componentes se realizará según el estado de funcionamiento real del activo, evitando gastos innecesarios y detenciones no programadas de las operaciones”, comenta Aloise. También pueden establecerse parámetros para advertirle al cliente cuando un dispositivo está cerca de alcanzar un desgaste crítico.
Otro conocimiento que ha generado la experiencia de IBBX en el desarrollo de soluciones para IdC fue que el rendimiento de las máquinas, aunque se trate de un mismo modelo, puede llegar a ser diferente dependiendo del lugar en el que estén instaladas y del régimen de operación, entre otros factores. Por ello es importante que los datos proporcionados por cada dispositivo se almacenen, con el objeto de constituir una biblioteca de fallos y alimentar un programa dotado de inteligencia artificial que evalúe, cada vez con mayor precisión, diferentes maquinarias operando en regímenes de trabajo disímiles.
Telefonía inalámbrica
La idea de fundar la startup fue de Aloise y Luis Fernando Destro, su actual CEO, quien estudió física en la Unicamp aunque no llegó a recibirse, pero sí se graduó en ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería de Piracicaba (EEP), una facultad municipal. El propósito inicial del emprendimiento era recolectar la energía dispersa en el ambiente para alimentar las baterías de los teléfonos móviles. “Apuntamos a un primer negocio y acertamos en muchos otros”, comenta Aluísio Ribeiro de Lima, otro de los socios propietarios de IBBX, en alusión a los orígenes de la empresa.
El primer prototipo era una antena de 25 cm de largo y 8 cm de ancho que había que miniaturizar para adaptarla al uso interno en los teléfonos móviles. El desafío de la miniaturización para su uso en teléfonos inteligentes marchaba bien, pero surgieron otras posibilidades de aplicación más oportunas, especialmente en el sector industrial, el ambiente del cual provenían Aloise y Destro.
“De conformidad con los inversores y socios que apoyaban el emprendimiento, decidimos darle prioridad a la oferta de un servicio para la industria. Eso tenía más sentido, porque en aquel momento, el segmento de la telefonía móvil no ofrecía la misma posibilidad de escalar la aplicación en comparación con el sector industrial”, recuerda Aloise.
La startup tiene en la mira otras aplicaciones para su tecnología en un futuro no tan lejano. “Sabemos que la IdC estará cada vez más presente en la agroindustria, en la movilidad urbana, en los sistemas de saneamiento y en los hogares inteligentes”, subraya Aloise. “Hay muchas aplicaciones para nuestra tecnología. Queremos que madure en la industria para luego extendernos a otros sectores. No necesitamos diseñar sensores, sino proporcionarles energía en forma inalámbrica, reduciendo su consumo de baterías y logrando que se comuniquen con los receptores a gran distancia”, resalta el empresario.
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