transferencia inalámbrica de energía
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Este es un breve analisis sobre la transferencia de energia inalambrica basada en resonancia, mas conocida como witricity o witricidad.TRANSCRIPT
TRANSFERENCIA INALÁMBRICA DE
ENERGÍA PARA PROPORCIONAR ENERGÍA
ELÉCTRICA
Alina Guerrero Fernández de Córdova
Escuela de Informática, Facultad de Ingeniería
Universidad de Cuenca
Cuenca, Ecuador
AGENDA
Introducción
Visión general
Objetivo
Antecedentes
Conceptos
Desarrollo y experimentación
Modelo del sistema
Aspectos Físicos
Seguridad
Aplicaciones, avances y futuro
Conclusiones
INTRODUCCIÓN
La electricidad hoy en día ocupa un papel fundamental
en la vida de la humanidad, podría decirse que el
funcionamiento del mundo depende de esta.
Se encuentra presente en la bombillas eléctricas y las
lámparas de las calles que proporcionan luz, los
televisores, radios, teléfonos, electrodomésticos, los
complejos sistemas de producción de muchas
industrias, los computadores, los sistemas de transporte
de algunos países, los vehículos híbridos y por
supuesto todos aquellos dispositivos electrónicos que
dependen de una batería que debe estar cargada como
lo son cámaras, teléfonos celulares, tabletas,
computadores portátiles, entre otros.
INTRODUCCIÓN
Sin lugar a dudas, se tiene una dependencia
completa hacia este recurso considerado un
servicio básico para la vida de las personas, por lo
que los gobiernos tienen como obligación proveer a
sus ciudadanos con este servicio.
INTRODUCCIÓN
Asumiendo el hecho de que hoy en día la energía eléctrica es
ampliamente asequible, surge otro problema, la dependencia
al cableado, el medio que permite transmitir la energía para
alimentar los dispositivos, es ahora un limitante.
Partiendo de estos antecedentes surge un campo de
investigación, la posibilidad de transmitir energía a través del
medio aire que permita alimentar de energía eléctrica a los
equipos que la necesiten para funcionar, eliminando la
necesidad de cableado.
VISIÓN GENERAL: OBJETIVO
El objetivo principal de transmitir energía
inalámbricamente es liberar a los dispositivos de la
dependencia de un cargador o de cableado para
poder permanecer funcionales.
A la tecnología que permite transmitir energía a
través del medio aire, se le conoce como witricidad
o witricity, un acrónimo de wireless electricity y es
concretamente el hecho de poder proporcionar
energía eléctrica a diferentes dispositivos
inalámbricamente.
VISIÓN GENERAL: OBJETIVO
VISIÓN GENERAL: ANTECEDENTES
Alrededor de los años 1900, el ingeniero visionario Nikola
Tesla, fue el pionero en cuanto a ideas y experimentos para
distribuir energía a lo largo de grandes distancias
aprovechando la ionosfera de la Tierra. Se proponía usar un
campo electromagnético de cierta frecuencia como el medio
por el que la energía viaja, sus descubrimientos fueron de gran
importancia y su teoría fue la base para el desarrollo de la
witricidad.
VISIÓN GENERAL: CONCEPTOS
Resonancia
Es la tendencia de un sistema a oscilar en una mayor
amplitud en unas frecuencias que en otras, a estos se
les conoce como sistemas resonantes, y en dichas
frecuencias incluso pequeñas fuerzas dirigidas pueden
causar grandes amplitudes de oscilación.
Acoplamiento magnético resonante
El acoplamiento magnético ocurre cuando dos objetos
son capaces de intercambiar energía a través de sus
campos magnéticos oscilantes. Todos los resonadores
u objetos con esta capacidad tendrán un factor Q que
caracteriza su ancho de banda relativo a su frecuencia
central.
VISIÓN GENERAL: DESARROLLO E
IMPLEMENTACIÓN
Basados en la investigación de Tesla, un equipo del MIT encabezado
por el profesor Marin Soljacic, ha dedicado varios años a la
investigación y el desarrollo de una tecnología que permita transmitir
energía desde una fuente a un dispositivo inalámbricamente.
VISIÓN GENERAL: DESARROLLO E
IMPLEMENTACIÓN
Su investigación se centró en la transmisión de
energía a través de resonancias magnéticas
altamente acopladas, siendo el concepto básico,
que dos objetos que tienen la misma resonancia en
un régimen estrictamente acoplado tienden a
intercambiar energía eficientemente, con una
disipación mínima.
VISIÓN GENERAL: DESARROLLO E
IMPLEMENTACIÓN
El experimento realizado en 2006, fue el encendido de una bombilla
de 60W desde una fuente de alimentación situada a siete pies de
distancia. El diseño consiste en dos bobinas auto-resonantes
formadas de aros de cobre de 50 cm. de diámetro, la primera bobina
que actúa de fuente es acoplada inductivamente a un circuito
oscilador, la otra bobina se incorpora a la carga, en este caso la
bombilla.
VISIÓN GENERAL: MODELO DEL SISTEMA
La witricidad se basa en un fuerte acoplamiento entreobjetos electromagnéticos resonantes para latransferencia inalámbrica de energía entre ellos.
El sistema consta de transmisores y receptores quecontienen antenas de bucle magnético exactamentesintonizados a la misma frecuencia.
La baja frecuencia permite cubrir distancias de mediorango sin daño a objetos externos y con libertad decolocación entre emisor y receptor.
Para describir esta tecnología se usa el acrónimo HR-WPT de sus siglas en inglés, Highly Resonant –Wireless Power Transfer.
VISIÓN GENERAL: MODELO DEL SISTEMA
Diagrama de bloques del sistema de transferencia de energía
inalámbrica
VISIÓN GENERAL: ASPECTOS FÍSICOS
VISIÓN GENERAL: ASPECTOS FÍSICOS
Resonadores acoplados
Si dos resonadores están localizados en proximidad uno de
otro de manera que se acoplen entre ellos, se puede transferir
energía, la eficiencia de esta transmisión depende de las
características de cada resonador y del factor de
acoplamiento k.
VISIÓN GENERAL: ASPECTOS FÍSICOS
VISIÓN GENERAL: ASPECTOS FÍSICOS
VISIÓN GENERAL: SEGURIDAD
Este sistema usa campos magnéticos oscilantes,
que con el diseño adecuado mantienen sus niveles
dentro de los permitidos y cumplen las normas que
rigen a cualquier dispositivo.
Organismos que rigen estas normas:
Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE)
World Health Organization (WHO)
International Commission on Non-Ioninzing Radiation
Protection (ICNIRP)
Comisión Federal de Comunicaciones (FCC)
APLICACIONES, AVANCES Y FUTURO
Ventajas
No se tienen efectos dañinos para la salud de laspersonas o animales.
La transmisión de energía se lleva a cabo entre losobjetos acoplados en resonancia.
Se elimina la dependencia de cableado para alimentarlos dispositivos y estos permanecen cargados todo eltiempo.
Sistema eco-amigable.
APLICACIONES, AVANCES Y FUTURO
Desventajas
Limitación en cuanto a distancia debido al
debilitamiento del campo magnético.
Posible generación de energía térmica en el ambiente.
La condición de resonancia siempre debe ser satisfecha
so pena de falla del sistema.
Se puede ver afectado por la presencia de materiales
ferromagnéticos.
APLICACIONES, AVANCES Y FUTURO
Aplicaciones
Carga de dispositivos móviles
Alimentación de computadores, televisores,
equipos, maquinaria industrial
Dispositivos médicos
APLICACIONES, AVANCES Y FUTURO
Dispositivos militares
Nanorobots
Carga de vehículos eléctricos e híbridos, hasta la
fecha se tienen ya vehículos que funcionan con
este sistema en las marcas Mitsubishi, Audi y
Toyota.
APLICACIONES, AVANCES Y FUTURO
Últimos avances En enero de 2013, la compañía Fulton Innovation
demostró en el CES (Consumer Electronics Show) susavances en cuanto a tecnología de transferencia deenergía inalámbrica, presentado una tableta capaz derecibir a la vez de transmitir energía.
El KAIST (Korea advanced Institute of Science andTechnology) presento en febrero de 2013, su desarrollode la tecnología WPT para ser aplicada a sistemas detransporte con vías férreas, puertos, transporteaeroportuario entre otros. Lograron proveer de 180kWde energía remotamente lo cual permite movilizarvehículos a una velocidad constante y estable.
APLICACIONES, AVANCES Y FUTURO
Últimos avances
Existe aún mucho campo de investigación para estatecnología que tiene poco tiempo de sucomercialización. Para el futuro se debería trabajar enproducir fuentes de witricidad más pequeñas y conmayor capacidad, pensar además en sistemas a mayorescala que podrían implementarse en áreas abiertas,como las calles y plazas para mantener alimentadoslos dispositivos.
Implementación real en sistemas de transporte a granescala.
Otro proyecto a gran escala podría ser implementareste sistema en las vías para que los carros quecirculen pueden alimentarse mientras viajan.
CONCLUSIONES
Esta tecnología que desde hace más de 100 años
fue concebida por Tesla, hoy en día se encuentra
en pleno desarrollo debido a la necesidad de dejar
de depender de cableado.
La resonancia es la base para la implementación
de este sistema, que basa su transmisión de
energía en el acoplamiento magnético resonante
de dos objetos que resuenan a una misma
frecuencia, permitiendo que sus campos se
acoplen y transfieran energía entre ellos,
disipándose mínimamente en el entorno externo.
CONCLUSIONES
Este sistema demostró ser eficiente y no causar
daños a la salud humana o al entorno, sin interferir
con otros equipos
Las aplicaciones son innumerables, por lo que el
trabajo debería centrar en mejorar el sistema para
hacerlo más poderoso.
Es así que este campo es prometedor para realizar
investigación y desarrollo, puesto que en el futuro
tendrá muchas más aplicaciones.
REFERENCIAS
Highly Resonant Wireless Power Transfer: Safe, Efficient, and over Distance - highly-
resonant-power-transfer-kesler-witricity-2013.pdf. Recuperado 2 de junio de 2013, a
partir de http://www.witricity.com/pdfs/highly-resonant-power-transfer-kesler-witricity-
2013.pdf
Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances. Recuperado 2 de
junio de 2013, a partir de
http://www.sciencemag.org/content/317/5834/83.full?searchid=1&HITS=10&hits=10&res
ourcetype=HWCIT&maxtoshow=&RESULTFORMAT=&FIRSTINDEX=0&fulltext=Wireles
s%20Power%20Transfer%20via%20Strongly%20Coupled
WiTricity Corp. — WiTricity Intellectual Property. Recuperado 29 de abril de 2013, a partir
de http://www.witricity.com/pages/intellectual-property.html
Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer. Recuperado 2 de junio de
2013, a partir de http://www.mit.edu/~soljacic/wireless-power_AoP.pdf
http://www.witricity.com/
The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) (2013, February 12).
Wireless power transfer technology for high capacity transit. ScienceDaily. Recuperado 7
de Julio de 2013, a partir de http://www.sciencedaily.com
/releases/2013/02/130212210120.htm
Fulton Innovation demostrates latest wireless power breakthoroughts al CES 2013.
(2013, January 8) Recuperado 7 de Julio de 2013, a partir de
http://www.gizmag.com/fulton-innovation-wireless-power/25691/