energía inalámbricaEL SUEÑO DE TESLA CADA VEZ MAS CERCA

Por: Eduardo Navarrete Casimiro

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTA DE INGENIERÍA

INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

DESARROLLO DE HABILIDADES DE LA TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y COMUNICACIÓN

ÍNDICE1. RESUMEN.........................................................................................................2

2. MARCO HISTÓRICO........................................................................................2

3. ¿CÓMO FUNCIONA?........................................................................................4

4. APLICACIONES EN LA ACTUALIDAD.............................................................5

5. ¿POR QUÉ ES NECESARIA EN NUESTRA VIDA?.........................................6

6. CONCLUSIÓN...................................................................................................6

7. Bibliografía.........................................................................................................7

1. RESUMENLa transmisión de energía sin cables siempre ha sido un sueño que el hombre ha

perseguido por mucho tiempo, desde las teorías y experimentos realizados por

Nikola Tesla, como su famosa “bobina de Tesla”, con la cual demostró la

posibilidad de inducción de energía por resonancia magnética; hasta el desarrollo

de transmisión de energía desde un satélite que se encuentre en el espacio

produciéndola por medio de paneles solares.

Y es que aunque parezcan historias de cuentos futuristas, la transmisión de

energía sin cables es una realidad que cada vez está más presente en nuestros

días. Gracias al desarrollo y control que se tiene en el campo de las ondas de

radio estamos cada vez más cerca de cumplir el sueño de Tesla, “Un mundo

donde no será necesario estar conectado a cables”

2. MARCO HISTÓRICOEl estudio de las ondas electromagnéticas ha estado presente en la ciencia desde

hace mucho tiempo, uno de los puntos más importantes de esta investigación fue

la predicción de la existencia de las ondas de radio gracias a las ecuaciones de

Maxwell, propuestas en 1864. 20 años después, en 1884, John H. Poynting

desarrollo el llamado vector de Poynting, el cual juega un papel importante en la

cuantificación de la energía electromagnética. En 1888, basado en la teoría de

Maxwell, Heinrich Hertz demostró exitosamente la existencia de las ondas de radio

de manera experimental con la ayuda de su radio transmisor de chispas.

Por la misma época en que Marchese G. Marconi y Regina Fessenden apoyaron a

la comunicación a través de ondas de radio, Nicolás Tesla sugirió la idea de la

transferencia de energía inalámbrica y llevo a cabo el primer experimento de ello

en 1889, cuando colocó una bobina a 70 metros de altura con un metro de

diámetro, con la cual pretendía repartir energía por todo el mundo; a este

experimento se le conoce como la “bobina de Tesla”. Lamentablemente el

experimento falló debido a que la energía fue repartida en todas las direcciones a

una frecuencia de 150 kHz, por lo que su longitud de onda fue de 21 km. Después

de este experimento fallido, se prefirió usar la transmisión inalámbrica para las

telecomunicaciones.

Fue hasta 1960 que el desarrollo de las energías inalámbricas continuo su historia

cuando William C. Brown utilizo el primero transmisor de energía por microondas,

desarrollando una antena que recibía y rectificaba microondas, la cual nombro

“rectena”. Esta “rectena” según los reportes, tuvo una eficiencia del 50% en

potencia, generando 4 watts en corriente directa (DC), gracias a esto progreso

desarrollando a tal grado que pudo entregar energía a un helicóptero en suelo en

1964 y en el año de 1968 pudo realizar una carga de energía a un helicóptero

volando. En 1975, en colaboración con Richard Dickinson y su equipo, logro la

mayor demostración de transmisión de energía por microondas, en el “sitio Venus

del JPL Goldstone Facility; la distancia entre la antena parabólica de transmisión,

que tenía un diámetro, y la “rectena” fue de 1.6 km.

Aunque la transmisión de energía fue todo un éxito, el tamaño de su sistema y su

costo fue demasiado grande como para usarlo en cualquier aplicación práctica

existente; por lo que los sistemas de transmisión de energía inalámbrica

comerciales no vieron nunca la luz. También se desarrolló un sistema de

transmisión de energía por microondas (TEM) por medio de un satélite de energía

solar, propuesto en 1968 por Peter Glaser. El satélite conllevo muchos problemas,

como la baja eficiencia del sistema, la cual dependía de la conversión de

microondas a corriente directa, y el gran tamaño de las antenas. Aun así, el

satélite de energía solar suministraría diez veces la energía producida por las

celdas solares aquí en la tierra. Esto debido a que el satélite se encuentra en el

espacio, donde no hay noche o nubes y lluvias que obstruyan el paso de los rayos

solares, teniendo así una producción de energía estable y libre de dióxido de

carbono 24/7, todo el año. Aun con esto a su favor, el proyecto fue cancelado por

la NASA debido a sus costos.

Después de 1980, numerosas organizaciones japonesas han hecho experimentos

para el desarrollo de TEM. En los años de 1980 a 1990 Hiroshi Matsumoto y su

equipo realizaron los primeros experimentos con cohetes en el espacio. El

realizado en 1883 fue llamado “experimento de la interacción no linear de la

ionosfera con las microondas (MINIX, por sus siglas en ingles), este experimento

se centraba en la interacción no lineal entre las microondas y el plasma de la

ionosfera.

Después de la década de los 90’s muchos laboratorios han optado por realizar

experimentos con base en la TEM, pero no solo con los satélites de energía solar,

si no con los posibles usos comerciales que esta podía tener.

3. ¿CÓMO FUNCIONA?La Transmisión de energía inalámbrica se basa en el principio de resonancia

magnética desarrollado por Tesla a través de la famosa “bobina de tesla”, la cual

consiste en dos bobinas que trabajan en la misma frecuencia de onda, de las

cuales una se encuentra conectada a la fuente de energía eléctrica y por medio de

resonancia la transfiere por medio de ondas de radio, estas a su vez son recibidas

por una antena receptora la cual transforma esas ondas de radio en energía

eléctrica.

Algo que cabe destacar es que, aun cuando la transferencia de manera

inalámbrica se basa en el experimento de Tesla, existen diferentes maneras de

transferir la energía, y esto depende del alcance en el que se hará la transferencia,

por lo tanto hay distintos tipos de transferencia.

En los tipos de corto alcance se utiliza el acoplamiento inductivo, el cual consiste

en el uso de la inducción electromagnética para la interdependencia de los

campos electromagnéticos variables con el tiempo. El cual usa el concepto “Un

campo eléctrico oscilante produce campos magnéticos y los campos magnéticos

oscilantes generan campos eléctricos”.

En la transferencia de medio alcance se usa el acoplamiento resonante inductivo,

esto es parecido al concepto de acoplamiento inductivo, pero en este las bobinas

trabajan en una frecuencia resonante que les permite captar las ondas de radio

usadas para la transferencia de energía en un alcance mayor.

En los casos de largo alcance, hace uso de la transferencia de energía por

microondas ya antes mencionada, la cual tiene como fin la transferencia de

energía de un lugar a otro ubicado a varios kilómetros de distancia, pero estando

en la misma línea de visión. Esto se puede debido a que la bobina transmisora

transforma por medio de un magnetrón en microondas la energía eléctrica, esta es

enviada en una sola dirección hacia la “rectena” la cual recibe y rectifica las

microondas y las vuelve a transformar en electricidad, permitiendo así su uso.

4. APLICACIONES EN LA ACTUALIDADAunque los procesos para la transferencia a largo alcance se encuentran en pleno

desarrollo, la transferencia de energía de manera inalámbrica a corto alcance ha

ido avanzando de manera tal que en la actualidad se han logrado desarrollar

diversas tecnologías que hacen uso de este medio.

Uno de los usos comerciales más populares que se le da a la transferencia a corto

alcance es el de la carga de dispositivos móviles, esto es debido a que uno de los

problemas de los dispositivos móviles es que a ser usados continuamente, por lo

que su recarga de energía por los medios convencionales son muy

inconvenientes; así, al cargarse de manera inalámbrica el dispositivo podrá ser

transportado hacia cualquier dirección siempre y cuando se encuentre en el radio

de alcance.

Un uso de la carga a corto alcance que se ha estado desarrollando con mayor

potencia en los últimos meses es la carga de vehículos híbridos, por lo general

carros de transporte público, por medio de puntos de carga colocados en sus

diferentes estaciones, permitiendo así eliminar los cableados que se colocan por

toda la ciudad y reduciendo el tiempo de espera de los pasajeros pues los

autobuses se recargan mientras estos ascienden a ellos.

Otro uso es la conexión directa o interconexiones de manera inalámbrica de

apartados rotantes como las maquinarias de montaje de piezas o envasados y

ensamblados, permitiendo así reducir el riesgo de fallas en los procesos por

cableados mal hechos o sistemas muy costosos. También su uso es muy

importante en los ambientes peligrosos para el cableado o bien, ambientes donde

no es posible colocar cables como lo son pozos de extracción de minerales.

5. ¿POR QUÉ ES NECESARIA EN NUESTRA VIDA?

Hoy día, el medio ambiente y su cuidado es uno de los temas más importantes en

los debates tanto políticos como científicos, esto debido a muchos factores, entre

ellos que los recursos utilizados en la mayoría de las industrias están escaseando,

que las industrias en sus procesos de producción ponen en riesgo las diferentes

fuentes de alimento y sustento de muchas personas, aparte de que muchos de

sus procesos productivos arrojan una gran cantidad emisiones contaminantes al

aire. Aunando a todo esto, la producción de energía eléctrica en su mayoría es por

medio de la quema de combustibles fósiles, produciendo una gran cantidad de

CO2.

Tomando en cuenta todo esto, el uso de la transmisión de energía de manera

inalámbrica es un gran apoyo a las medidas de protección ambiental debido a que

su uso permitirá una reducción en la utilización de grandes cantidades de metal y

productos no biodegradables que se usan en la distribución de energía eléctrica,

así como también la aplicación de los proyectos de satélites solares serán un gran

avance en la producción de energía eléctrica, pues no solo generará una mayor

cantidad de electricidad, sino que también esta energía será “energía limpia”, al

ser producida por medio ecológicos, por si esto no fuera suficiente, la

implementación de los satélites de energía solar tendrán la posibilidad de

transmitir energía a lugares alejados, a los que antes era difícil el llevar la energía

eléctrica por diversos factores.

6. CONCLUSIÓN

Gracias al desarrollo que han tenido en los últimos años las tecnologías de

transferencia de energía de manera inalámbrica, el mundo sin cables que Tesla

soñó hace casi cien años es hoy día una realidad que está cada vez más cerca.

Esto propiciará un gran avance en lo que es materia energética, puesto que no

solo reducirá los costos de su producción y transporte, sino que también serán un

gran apoyo a las reformas ambientales que se están creando todos los días. Con

esto, quizá aún podamos remediar el gran daño que hacemos a los ecosistemas.

7. BibliografíaAgbinya, Johnson I., Ed. (2012). Wireless Power Transfer. River Publishers.

Shinohara, Naoki (2014). Wireless Power Transfer via Radio waves. John Wiley & Sons.

Tomar, Anuradha; Gupta, Sunil (Julio 2012). «Wireless power Transmission: Applications and Components». International Journal of Engineering Research & Technology (ESRSA Publications Pvt. Ltd.) 1 (5): 1–8.