14 enero 2026

1. Contexto: el problema real (y medible)

Micro-eólica de muy pequeña escala: el desempeño real no depende “solo del rotor”. Depende del sistema completo: rotor → acople → generador → convertidores → batería/carga.

  • Prototipo inicial con motor/generador AC por disponibilidad → desajuste torque–rpm y pérdidas.
  • Sin control de carga (MPPT + CC/CV) se opera fuera del óptimo → menos energía útil (Wh/día).
  • IoT sin hardening → riesgo de robo/manipulación/DoS y baja confianza del dato.

2. La idea “brutal” (qué vamos a construir)

Arquitectura híbrida (VAWT + PV tipo “techo”) con tren DC optimizado, control realizable (MPPT + carga) e IoT seguro (MQTT/TLS), que habilite Gemelo Digital + ML/DL para pronóstico y mantenimiento predictivo.

Pregunta guía:
¿cómo diseñar y validar un sistema ciber-físico que maximice energía útil diaria, continuidad y confianza del dato?

3. Encaje en Industria 4.0 (6 etapas)

  • 6 etapas, sin redundancias.
  • MPPT solo donde corresponde: “Desarrollo electrónico y control”.

4. Etapa 1 — Plataforma física (VAWT + PV)

  • Consolidar prototipo VAWT y diseño mecánico del “techo PV”.
  • Instrumentación mínima: rpm, V/I en puntos clave, temperatura (y viento si aplica).
  • Ensayos base: banco + campo (ráfagas/turbulencia).
Salida: línea base + incertidumbre + mapa de pérdidas por etapa.

5. Etapa 2 — Generación DC y acople (rediseño duro)

Comparación experimental:

  • Baseline: AC disponible (referencia).
  • Alternativas: DC / BLDC / PMSG (como generador), con rectificación adecuada.
  • Acople: direct-drive vs transmisión (elevar rpm/voltaje).
Métricas: torque–rpm, eficiencia, pérdidas térmicas, costo, mantenibilidad.

6. Etapa 3 — Conversión DC (mecánica vs electrónica)

Dos rutas hacia bus DC estable:

  • Mecánica: relación de transmisión (subir rpm).
  • Electrónica: DC–DC (boost/buck-boost) + rectificación eficiente.
Salida: bus DC estable + modelo de pérdidas + criterios de selección.

7. Etapa 4 — Desarrollo electrónico y control (MPPT + carga)

Control realizable (ESP32 u otro MCU):

  • MPPT eólico: P&O robusto / torque óptimo / lookup (según sensores).
  • Carga baterías: CC/CV + límites por temperatura/SOC + protecciones.
  • Coordinación PV–eólico–batería (prioridad por SOC y recurso).
Salida: firmware + validación de energía neta (Wh/día) y continuidad.

8. Etapa 5 — IoT + ciberseguridad (seguro vs inseguro)

  • Telemetría con MQTT v5 y TLS 1.3.
  • Dos perfiles:
    • Seguro: hardening + autenticación + cifrado.
    • Inseguro: baseline para simular robo/manipulación/DoS y medir impacto.
Salida: testbed ciber-físico + dataset de eventos/ataques + evaluación CIA.

9. Etapa 6 — Datos, Gemelo Digital y predicción

  • Pipeline edge→nube: calidad, integridad, trazabilidad.
  • Gemelo Digital (modelo físico + data-driven).
  • Predicción: generación t+1h/t+24h; anomalías y mantenimiento predictivo.
Salida: gemelo operativo + modelos ML/DL validados con datos reales.

10. Metodología y validación (cómo se demuestra)

WP sugeridos: - WP1 línea base + pérdidas por etapa - WP2 generador/acople - WP3 convertidores + bus DC - WP4 MPPT + carga CC/CV + coordinación híbrida - WP5 IoT seguro vs inseguro + testbed - WP6 gemelo + ML/DL + validación territorial

Métricas: - Wh/día; eficiencia por etapa; continuidad (p.ej., LPSP) - seguridad (CIA, disponibilidad, MTTR) - predicción (MAE/RMSE; precision/recall en anomalías)

11. Resultados esperados (entregables)

  • Tren DC optimizado (generación + convertidores + almacenamiento).
  • Control MPPT + carga CC/CV reproducible.
  • IoT seguro (MQTT/TLS) + baseline inseguro para experimentos.
  • Dataset de ataques/anomalías + metodología.
  • Gemelo digital híbrido + pronóstico y mantenimiento.
  • Guía replicable para escalamiento territorial.

12. Referencias clave (para la presentación)

  • IEC 61400-2:2013 (Small Wind Turbines).
  • IEC 61400-12-1:2017 (Power Performance Measurements).
  • NIST SP 800-82 Rev. 3 (OT Security, 2023).
  • NISTIR 8259A (IoT Device Cybersecurity Core Baseline, 2020).
  • OASIS MQTT v5.0 (2019).
  • IETF RFC 8446 (TLS 1.3, 2018).
  • Branlard et al. (2024), Wind Energy Science: Digital Twin validado.
  • Yimam et al. (2025), revisión ML para fallas y health monitoring.

Nota: La bibliografía completa se incluye en el documento escrito / propuesta formal.