IoTnaEficienciaEnergetica

O uso racional de energia sempre foram benéficos tanto para a economia do usuário como para se evitar desperdícios e sobrecarregamento dos recursos utilizados e naturais ou quando o uso provém de fontes escassas de energia como, por exemplo, na utilização de um pequeno painel solar em local afastado de outras fontes de energia.
Esta economia do uso de energia é um fator que sempre se deve buscar conforme a sociedade evolui pois a demanda tende a aumentar e é por isso que as novas tecnologias também devem se atentar nesse ponto.
O mundo está se transformando em um ecossistema vivo de máquinas que podem se comunicar umas com as outras e realizar tarefas que são muito mais pessoais e eficientes do que antes. Neste cenário, informações disponíveis para cada dispositivo consumidor de energia e como se pode agir sobre eles é onde o conceito de Internet das Coisas atua com um ciclos de feedback que permitem que cada parte de um sistema funcione melhor utilizando essas informações disponíveis. Dos pequenos ajustes às grandes mudanças, tudo faz a diferença e o que mais interessa ao mundo dos negócios é que o resultado seja a economia de energia e financeira.
A Internet das Coisas (IoT) pode vir de encontro com esta necessidade, pois o princípio dela é justamente fazer as “coisas” serem mais inteligentes e, por que não, possuírem um controle mais eficiente de seus gastos energéticos? Para isso o controle eletrônico utilizando IoT também deve visar a administração do uso da energia elétrica proporcionando o mínimo de desperdício e o máximo aproveitamento como vamos tratar nesse trabalho.
Entre as tecnologias que auxiliam na geração de energia limpa e a melhoria da eficiência energética, a eletrônica de potência tem representado um importante papel, fazendo a conversão eficiente e controle flexível de energia elétrica captada.
Os conversores eletrônicos de energia possibilitam a conexão de fontes renováveis e geradores de energia para os sistemas de energia atuais e a melhoria da eficiência da captação de energia por meio de controles dedicados.
Além disso, a eletrônica de potência é amplamente utilizada no lado do consumidor e é um grande aliado tecnológico para as redes inteligentes (smart grids). Ele fornece os potenciais de energia com eficiência em motores, edifícios, transporte, eletrônica de consumo entre outros.
A ascensão da tecnologia IoT é a revolução mais significativa no emergente processo de gerenciamento de energia. A tendência é crescente para a utilização de energias renováveis ou energia verde, gestão de emissões de CO2 e políticas governamentais são os principais fatores que aumentam o crescimento deste mercado. Até agora, o que impedia as empresas de adotar a tecnologia IoT era o alto custo de implantação e as diretrizes não padronizadas.
Os sistemas inteligentes de gerenciamento de energia por IoT auxiliam as distribuidoras a reduzir suas despesas operacionais e planejar os picos de demanda. Esses sistemas são fundamentais para empresas cujo fornecimento de energia é regido por contratos especiais.
Em outras aplicações de gerenciamento de energia por IoT, como residências e edifícios, utilizam sensores para coletar, analisar e converter os dados de consumo de energia em informações que são utilizadas para tomada de decisões na melhoria da eficiência energética e isso é feito por sistemas de gestão de edifícios, em inglês, “Building Management Systems” (BMS).
O objetivo de um BMS é ajudar a otimizar o desempenho de edifícios, permitindo o controle automático e fornecendo dados das principais funções operacionais do edifício como iluminação, segurança, controle de acesso, ventilação, refrigeração e elevadores.
Veremos as aplicaçãos dos projetos de IoT das diversas formas como foi apresentada até agora.

IoT na economia de energia

Um dos casos de uso de IoT mais populares na indústria atualmente é o seu uso no gerenciamento inteligente de energia, pois é a energia elétrica quem demanda um alto gasto no setor. Sendo assim uma das maneiras mais fáceis e rápidas de inserir a IoT em uma organização e obter valor perceptível rapidamente. Isso ocorre porque a economia de custos pode ser imediata e significativa, alta o suficiente para obter um retorno financeiro positivo sobre o investimento em IoT.
A McKinsey & Company analisou o valor do gerenciamento de energia devido ao aumento da eficiência e à redução de defeitos. Eles estimaram:

Os sistemas de gerenciamento de energia inteligente podem reduzir o uso de energia em escritórios em 20%, tornando o gasto de energia muito mais atraente. Somente em escritórios, as tecnologias IoT podem produzir um impacto econômico de U$ 11,7 bilhões a U$ 20,5 bilhões por ano em 2025.
Em fábricas, as empresas podem economizar de 10 a 20% em energia ao se utilizar de gerenciamentos de energia com IoT.
Os aplicativos em cidades inteligentes podem ter um impacto de U$ 33 bilhões a U$ 64 bilhões por ano globalmente em 2025.

O gerenciamento de energia por IoT é, basicamente, a adição de sensores e atuadores que monitoram e gerenciam o consumo de eletricidade de equipamentos elétricos.

Iluminação: Coordenado com sensores de movimento para manter as luzes apagadas automaticamente quando não estiverem em uso. Podendo também receber alertas em tempo real quando as lâmpadas se apagam ou acendem.
Climatização de ambientes: Monitorando e ajustando as temperaturas ambientes de forma remota e independente. Verificação do clima em tempo real para fornecer a temperatura adequada e sensores de movimento para desligar automaticamente quando não estiverem em uso.
Refrigeração: Monitoração contínua de refrigeradores. Criando alertas quando o consumo de energia for anormalmente alto, onde poderá ser detectado alguma situação como a porta ter sido deixada aberta ou um problema de manutenção.
Dispositivos de escritório: Variando de PCs e servidores a equipamentos de laboratório, monitorar esses dispositivos geralmente é uma prioridade baixa, mas há um grande potencial de economia em grandes edifícios de escritórios ou empresas com muitos funcionários.
Industrial: Motores, sistemas de vapor, caldeiras e outros grandes consumidores de energia que, quando monitorados, podem apresentar uma oportunidade para economia de energia por meio de processos mais eficientes, reciclagem de calor entre outros além de se fazer uma verificação ao longo do tempo de variação de energia indicando a necessidade de manutenção.
Medidores inteligentes: Detectar em tempo real as condições de energia como parte de um edifício inteligente ou de cidade inteligente.

Um projeto de energia inteligente e bem-sucedido sempre começa com o monitoramento. Depois de se identificar quais são seus problemas e perfil de consumo de energia pode-se tomar medidas para a redução do consumo baseado nesses dados para garantir que seu investimento seja compensado por meio da redução de energia.

IoT na geração eficiente de energia

A adequação de uma tecnologia de conversão de energia específica para alimentar um sistema off-grid depende em grande parte do recurso de energia a ser utilizado pois as características de captação de energia alternativa limpa são bem variadas, como:

Painéis solares: Variação de captação de energia de acordo com as horas do dia, a estação do ano e as condições climáticas.
Energia eólica: Variações de captação de energia extremas de acordo com as condições climáticas.

Outras características ainda podem ser determinantes no projeto como a temperatura que pode alterar as características da captação.
A produção de energia potencial é frequentemente expressa como o fator de capacidade. O fator de capacidade é como definimos a proporção da produção de energia estimada ao longo de um período de tempo para a energia que é capaz de produzir se operado continuamente em sua capacidade nominal e, assim sendo, é um indicador de como um recurso é adequado para geração de eletricidade que se necessita.
A utilização de sensores e atuadores com as tecnologias IoT podem favorecer os aspectos e o gerenciamento destas captações de energia e, assim, aumentando o seu fator de capacidade. Podemos dar os exemplos para essas otimizações utilizando IoT:

Painéis solares: Pode ser feito um sistema de movimentação com sensores, atuadores e dados climáticos vindos da internet para que o painel solar acompanhe o movimento do sol ao longo do dia e das estações do ano. Pode ser colocado um sistema de refrigeração quando o painel solar atinja temperaturas que podem diminuir sua captação..
Energia eólica: Assim como os painéis, um sistema de movimentos para a melhor captação baseado em sensoriamento e dados climáticos advindos da internet.

Para ambos os casos, um melhor gerenciamento de carregamento de baterias e ainda enviar dados de quanto a captação está sendo eficiente em tempo real ou por períodos para a internet, assim auxiliando os dimensionamentos e manutenções.

Projetos IoT para economia de energia

Na parte mais prática deste trabalho podemos citar alguns projetos IoT e seu funcionamento que auxiliam na eficiência energética:

Gerenciamento de iluminação.

Podemos ter dispositivos inteligentes que aprendem ou recebem dados por uma conexão dos períodos em que se utilizam alguns setores da iluminação e a intensidade desejada.
Pode ser feito por aplicativos que enviam os dados, sensores que determinam a presença e relógio interno que comandam a iluminação ou automaticamente utilizando um aplicativo no smartphone que monitora a localização da pessoa por GPS e envia um sinal de aproximação para que a iluminação já se adéque aos gostos da mesma.

Gerenciamento de irrigação.

Em áreas rurais onde pode ter uma irrigação automática, o dispositivo receber dados do clima e previsão e assim comandar o acionamento de irrigação. Neste caso a economia de energia (e água) virão quando o dispositivo não acionar ou acionar por menos tempo em dias úmidos ou com chuvas.

Gerenciamento de manutenção preditiva

Utilizando de sensores adequados às máquinas industriais, como sensores de consumo de energia, sensores de vibração entre outros, analisar o desempenho das máquinas por dados e, assim, alertar sobre tendências de elevação do consumo para execução de manutenções e melhorias adequadas.

Nos casos verificados de eficiência energética com a utilização de IoT, a primeira atratividade na implementação é o retorno financeiro em que o investimento em IoT para controle de consumo de energia elétrica vai gerar. Porém podemos citar os casos em que o ganho também pode ser de recursos naturais como evitar emissões de CO2 e locais onde há escassez de energia.
A implementação de projetos IoT e eletrônica de potência combinados é muito eficaz para o gerenciamento de energia não só pelo sensoriamento local mas como pelo histórico de dados e informações advindas exteriormente por comunicação.
Projetos de IoT podem ser implementados na geração de energia alternativa para aumentar o fator de eficiência das mesmas, gerenciar carregamento de baterias e informar sistemas e usuários sobre as condições da geração.
Muitos tipos de projetos podem ser feitos na área pois o sensoriamento e análise de dados históricos contribuem em muito na forma com que o equipamento aproveita a energia ao máximo e reduzindo desperdícios.
O IoT com seus sensoreamentos e capacidade de análises por diversos meios fomenta uma evolução tecnológica que pode se valer dos próprios conceitos para promover as melhores maneiras de consumo e geração para seus dispositivos.

REFERÊNCIAS

ZWEIFEL et al, Peter. Energy Economics Theory and Applications.
Bad Bleiberg, Austria.
ISBN 978-3-662-53020-7.

BIZON et al, Nicu. Energy Harvesting and Energy Efficiency Technology, Methods, and Applications.
University of Piteşti, Piteşti, Romania
ISBN 978-3-319-49874-4.