bobina de tesla

INFORME TECNICO

“electricidad inalámbrica”

 Apellidos y Nombres Nombres

Nota

 Alumno (s): (s):

Profesor:

 

Programa Profesional:

PFR

Fecha de entrega :

09

Geraldine Especialidad/Grupo:

06

!

"esa de #ra$a%o :

RESUMEN La idea de la transferenci transferencia a inalámbrica inalámbrica de energía es casi tan antigua como la generación de electricidad misma. A principios del siglo XX, Nikola Tesla propuso la utilización de grandes bobinas para transmitir electricidad a tra!s de la ionosfera, constru"endo una enorme torre de telecomunicaciones llamada #ardencl"ffe To$er, en Long %sland, Nuea &ork, 'ue pondría a prueba su idea de transmisión de energía inalámbrica. La (istoria cuenta 'ue se 'uedó sin financiación cuando sus patrocinadores se dieron cuenta de 'ue no (abría manera iable de asegurar 'ue la gente pague por la electricidad 'ue se utilizaba, por lo 'ue la red el!ctrica por  cable se leantó en su lugar. )i bien no amos a estar iendo una red inalámbrica inalámbrica de energía nacional en el corto plazo, la idea idea de tran transm smis isió ión n de ener energí gía a en una esca escala la (oga (ogare re*a *a está está gana ganand ndo o impu impuls lso o con con la comunicación inalámbrica, como #i+i " -luetoot(, por lo tanto los cables de alimentación son a(ora el nico límite 'ue tienen los dispositi os para conertirse en realmente portátiles. /l uso de ondas de radio para transmitir la electricidad es 'uizás la solución más obia, "a 'ue se puede utilizar en principio, los mismos tipos de transmisores " receptores utilizados en la comuni comunicac cación ión #i+i. #i+i. 0o$erc 0o$ercast, ast, una empres empresa a con sede sede en 0ittsb 0ittsburg urg(, (, 0enns" 0enns"la lania nia,, recientemente (a utilizado !sta tecnología para transmitir microatios " miliatios de potencia a por lo menos 12 metros de sensores industriales. 3na segunda posibilidad, para dispositios 'ue re'uiera más energía, es despedir a un fino ra"o láser infrarro4o centrado en una c!lula fotoo ltaica, 'ue conierta el (az de uelta a la ener energí gía a el!c el!ctr tric ica. a. 5ste 5ste es el enfo enfo'u 'ue e 'ue 'ue (a adopt adoptad ado o 06#/ 06#/77-/A /A8, 8, otra otra empr empres esa a  Americana, pero (asta a(ora su eficiencia es sólo entre el 12 " el 9: por ciento. Además !sta t!cn t!cnic ica a con con rela relaci ción ón a los los disp dispos osit iti ios os erd erdad ader eram amen ente te port portát átililes es 'ue 'ue se mue mueen en constantemente " entre (abitaciones, un ra"o infrarro4o no sería coneniente por e4emplo para cargar un tel!fono móil, "a 'ue debe ser direccional. La tercera posibilidad para la energía inalámbrica es la inducción magn!tica, la opción más atractia para aplicaciones dom!sticas. 3n campo magn!tico fluctuante 'ue emana de una bobina puede inducir una corriente el!ctrica cerca a otra bobina receptora. /l problema es 'ue la eficiencia es buena solo en contacto cercano. 0ero desde (ace tiempo se sabe 'ue dic(a transferencia de energía mecánica se me4ora enormemente si los dos ob4etos están resonando en l a misma frecuencia, es cómo un cantante de ópera puede romper un idrio si llega a los tonos indicados. )e cree 'ue la misma idea podría me4orar la eficiencia de la inducción magn!tica a grandes distancias. 0or lo 'ue un e'uipo de físicos del 8%T ;%nstituto de Tecnología de 8assac(usetts1?

INTRODUCCIÓN La electricidad fue uno de los descubrimientos más importantes en la (istoria de la física, en la sociedad actual es fundamental disponer de la electricidad para poder desarrollar nuestra ida cotidiana con normalidad@ pero !sto no siempre (a sido así, la electricidad (a recorrido un largo camino desde el principio de los tiempos, siendo muc(os los (ombres 'ue con su refleión " duro traba4o la (an ido moldeando " adaptando progresiamente a cada una de nuestras necesidades en los ltimos siglos. 0or lo 'ue debemos pensar 'ue la electricidad (a sido uno de los ma"ores bienes de la sociedad " la ma"or impulsadora de los aances científicos. Bemos tambi!n, 'ue a lo largo de la (istoria el (ombre (a procurado garantizar " me4orar su niel de ida mediante el uso de la tecnología, pasando además a formar parte de las fuerzas productias de la industria en un grado ma"or 'ue nunca. A(ora las formas inalámbricas parecen ser el comn denominador de la s grandes innoaciones del nueo milenio, por lo 'ue se (an desarrollado transmisores " receptores inalámbricos para toda clase de dispositios, utilizando tecnologías tales como -luetoot( o #i+i para la transmisión de datos. )in embargo, (asta a(ora no se (a logrado transmitir energía el!ctrica a grandes distancias en forma inalámbrica, aun'ue eisten m!t odos como el ra"o láser " el de microondas 'ue logran transmitir energía el!ctrica a tra!s del aire pero no de forma eficiente " con la desenta4a de ser direccional, situación 'ue resulta poco práctica en algunos casos. La presente inestigación tiene como finalidad desarrollar un documento educatio, en el cual se describen los m!todos actuales de transmisión inalámbrica de electricidad " se da a conocer  una nuea tecnología llamada #iTricit" 'ue se basa en un fenómeno físico conocido como resonancia magn!tica. Además describi r su eolución " las nueas tendencias de !sta tecnología en países desarrollados. /l traba4o se complementa con la construcción de una bobina Tesla, con la cual se podrá apreciar el fenómeno de inducción magn!tica " la creación de una página #/- 'ue tendrá la dirección http://proyectoutp.netau.net/ donde se consignara la documentación desarrollada, 'ue permitirá tanto a la comunidad uniersitaria como e terna tener fácil acceso a !sta información.

OBJETIVOS OBJETIVO GENER! Cesarrollar una inestigación, en la cual s e da a conocer una nuea forma inalámbrica de transmitir electricidad a tra!s de un fenómeno físico conocido como resonancia magn!tica.

OBJETIVOS ES"EC#$ICOS ·

%nestigar los antecedentes de la transmisión inalámbrica de energía el!ctrica.

·

=omprender el fenómeno físico de resonancia magn!tica " los principios básicos en los 'ue se basa la transmisión inalámbrica de energía el!ctrica.

·

7ealizar un marco teórico " describir los principales aspectos de !sta tecnología.

·

)uministrar información acerca de las nueas tendencias de la electricidad inalámbrica " la eolución en países desarrollados.

·

=onstruir una bobina Tesla, con la cual se podrá a preciar " comprobar el principio de transmisión de energía inalámbrica.

·

/laborar una aplicación #/- para consignar la documentación desarrollada.

G!OSRIO !TERNDOR: un alternador es una má'uina el!ctrica capaz de tra nsformar energía mecánica en energía el!ctrica, generando una corrie nte alterna mediante inducción electromagn!tica. NTEN "RBO!IC: es un tipo de antena 'ue se caracteriza por llear un reflector  parabólico " pueden ser usadas como a ntenas transmisoras o como antenas receptoras. "!ICCION %EB: es cual'uier aplicación 'ue es accedida ía $eb por una red como internet o una intranet. B!UETOOT&: define un estándar global de comunicación inalámbri ca 'ue posibilita la transmisión de oz " datos entre diferentes dispositios mediante un enlace por radiofrecuencia segura, globalmente " sin licencia de corto rango. BOBIN: es un elemento formado por espiras de alambre arrollado 'ue almacena energía en forma de campo magn!tico. CM"O E!'CTRICO: es un campo de fuerza creado como consecuencia del moimiento de cargas el!ctricas o flu4o de electricidad. CIRCUITO E!'CTRICO: es un camino cerrado por donde circulan electrones. 5ste camino está formado por cables " otros componentes e l!ctri cos, como pilas, bombillas e interruptores COMBUSTIÓN: es una reacción 'uímica en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de calor " luz. )in embargo el fenómeno puede manifestarse en forma mu" lenta " no ir acompa*ado de un incremento de la temperatura 'ue nosotros podamos percibir.

CONDENSDOR: es un elemento el!ctrico con capacidad de almacenar carga el!ctrica, formado generalmente por dos placas paralelas conductoras separadas por un material aislante 'ue puede ser aire, mica, papel, etc, CONDUCTOR E!'CTRICO: es un elemento generalmente metálico, capaz de cond ucir la electricidad cuando es sometido a una diferencia de potencial el!ctrico. CORRIENTE E!'CTRIC: la circulación de cargas o electrones a tra!s de un circuito el!ctrico cerrado, 'ue se mueen siempre del polo negatio al polo positio de la fuente de suministro de fuerza electromotriz. CRIST!I(CIÓN: es el proceso por medio de la cual se separa un componente de una solución li'uida transfiri!ndolo a la fase sólida en forma de cristales. DIE!ECTRICO: materiales 'ue no conducen la electricidad, por lo 'ue se pueden utilizar  como aislantes el!ctricos. E$ECTO $OTOE!'CTRICO: consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagn!tica ;luz isible o ultraioleta, en general? %lustración 9. =orriente transitoria por la bobina

uenteD (ttpDHHelectricidadsenamei21.blogspot.es

 Análogamente si en ez de meter el imán lo sacaba, se producía una corriente como se muestra en la ilustración , pero !sta ez de sentido contrario al obtenido cuando se introducía.

%lustración . =orriente transitoria por la bobina en sentido contrario

uenteD (ttpDHHelectricidadsenamei21.blogspot.es

)i el imán permanecía dentro de la bobina sin moer se como se muestra en la ilustración 2, no se producía corriente en la bobina. %lustración 2. )in corriente transitoria por la bobina

uenteD (ttpDHHelectricidadsenamei21.blogspot.es

7esultaba claro 'ue para producir una corriente el imán tenía 'ue moerse en relación a la bobina. 0or lo 'ue se llega a la conclusión de 'ue sólo una ariación del flu4o del campo

magn!tico con respecto al tiempo genera corriente el!ctrica, bien moiendo físicamente un imán o cerrando o iniciando la corriente el!ctrica de un solenoide. >2? Así pues, una corriente inducida se puede producir si una bobina gira en un campo magn!tico fi4o, como se puede obserar en la ilustración M. 5ste aparato es en realidad un generador el!ctrico, el cual conierte energía mecánica en energía el!ctrica. /n una central (idroel!ctrica el agua almacenada en una presa se libera de tal manera 'ue su caída (ace girar la bobina de un generador. /n una central t!rmica el apor de agua a presión, producido al calentar agua con la energía obtenida por la combustión del carbono, se utiliza para girar las bobinas. >9? %lustration M. Generador el!ctrico

uenteD (ttpDHHblogcecilia.$ordpress.comHcategor"Huncategorized

La le" 'ue eplica !sta interacción entre la fuerza electromotriz inducida " el campo magn!tico es la Le" de arada". 5sta le" establece'ue el olta4e inducido en un circuito el!ctrico es directamente proporcional a la ariación con el tiempo de flu4o magn!tico a tra!s del circuito " matemáticamente se escribe m ediante la siguiente ecuaciónD    d m   / dt 

 

 m

Conde  es la fuerza electromotriz 'ue se mide en oltios "  es el flu4o magn!tico 'ue de (ec(o está relacionado con el nmero de líneas d e campo magn!tico 'ue pasan a tra!s de la superficie delimitada por el circuito el!ctrico. 0or tanto, para 'ue aparezca una fuerza electromotriz inducida debe ariar el flu4o del campo magn!tico a tra!s de la superficie delimitada por el conductor. >9J? )e describe matemáticamente mediante la siguiente e cuaciónD  m  ∫ BdsCos  /n realidad !ste flu4o magn!tico se define como el producto del campo magn!tico B por el área limitada por el circuito " se deduce 'ue (a" t res formas de ariar el flu4o del campo magn!ticoD ariando el módulo del campo, la superficie 'ue lo atraiesa o el ángulo 'ue forman ambos.

/l signo negatio 'ue aparece en el t!rmino de la derec(a está relacionado con la dirección de la fuerza electromotriz inducida 'ue sigue el principio general denominado Le" de Lenz en (onor del físico Feinric( riedric( Lenz " cu"o enunciado es, 1/l sentido de las corrientes, o fuerza electromotriz inducida, es tal 'ue siempre se opone a la ariación del flu4o magn!tico 'ue la produce >9?. 5ste fenómeno lo podemos obserar en la ilustración . %lustración . Le" de Lenz

uenteD (ttpDHH$$$.fisicanet.com.arHfisicaHelectrodinamica.p(p

/l eperimento de la inducción electromagn!tica abrió el camino de la transformación de la energía mecánica en energía el!ctrica " supuso el i nicio de la moderna industria el!ctrica donde la electricidad, como mencionábamos al princi pio, 4uega un papel crucial en el desarrollo " bienestar de nuestra sociedad.

-.-.- uno0 e1e2po0 y ap3cac3one0 co2erc3ae0 actuae0 4e a 3n4ucc35n 4e ca2po cercano. )abemos 'ue el principio de la inducción magn!tica o inducción de campo cercano es usada en los transformadores, motores el!ctricos, generadores, entre otras, pero (o" en día diferentes compa*ías Americanas como la /+=oupled, #ild =(arge, 0o$ermat, 8o4omobilit", #i0o$er, iolta, /n6cean , aproec(a la física del acoplamiento por inducción de campo cercano " la combina con funciones de comunicación " control desarrollando aplicaciones comerciales desatando un nueo mundo de posibilidades creatias en los cuales la electricidad puede ser transmitida de manera eficiente a cual'uier dispositio.

1

 %nducción magn!tica Tomado de (ttpDHHacer.forestales.upm.esHbasicasHudfisicaHasignaturasHfisicaHmagnetHinduccion.(tml

=omo emos en la ilustración K, el m!todo de inducción magn!tica o inducción de campo cercano proporciona electricidad " comunicación mediante un circuito de acoplamiento inductio 'ue busca resonancia en forma dinámica, l o 'ue le permite a la fuente de alimentación adaptar  su funcionamiento a los re'uerimientos de los dispositios con igual tecnología. >M?

%lustración K. Transferencia de energía por campo cercano

uenteD (ttpDHHenerg"consulting.$ordpress.comHcategor"HelectricidadH

0or e4emplo en la ilustración O, podemos er 'ue algunas compa*ías se encuentran desarrollando !sta tecnología con compa*ías de electrónica de consumo, fabricantes de portátiles, compa*ías de telefonía móil " empresas de automóiles para transformar superficies como paredes, mesas, pisos " escritorios en conductores eficientes de energía inalámbrica, sustitu"endo la necesidad de acceder a mltiples tomacorrientes en tiempo real de carga " alimentación de los dispositios electrónicos, tales como tel!fonos móiles, e'uipos de 809, computadores personales, teleisores, e'uipos de sonido, má'uinas de afeitar, entre otros, soluciones 'ue nos permiten librarnos d e los cables 'ue nos emos obligados a usar en multitud de aparatos de uso cotidiano " de baterías caras " contaminantes.

%lustración O. )uperficie con tecnología de transferencia inductia

uenteD (ttpDHH$$$.digitalsinfo.comHtagHip(oneH

La tecnología sire para ser usada en todo artefacto móil, tel!fonos celulares, laptops, controles remotos, pero tambi!n artículos electrónicos en el (ogar, lámparas, computadoras de mesa, teleisores, radios, etc!tera. 0or e4emplo eisten cepillos de dientes tecnológicamente aanzados como el 'ue se muestra en la ilustración 1:, 'ue cuentan con pantalla inalámbrica interactia 'ue se comunica con el cepillo para a"udar a optimizar el cepillado " con información sobreD tiempo de cepillado, sustitución del recambio, modo de cepillado, aiso de presión " niel de carga. %lustración 1:. =epillo inalámbrico

uenteD (ttpDHH$$$.ka"las.esHinde.p(pHc0at(HJ9:PJ2K

6tro e4emplo de la inducción magn!tica o inducción de campo cercano se está implementando en la parte de transporte. /n la ilustración 11, podemos er 'ue Nissan está traba4ando en un sistema de recarga de autos el!ctricos de forma inalámbrica. 3na bobina en el suelo es recorrida por una corriente el!ctrica, 'ue crea un campo magn!tico. /n el coc(e (a" otra bobina, 'ue al ser atraesada por un campo magn!tico, crea una corriente el!ctrica 'ue recarga la batería. 5sta puede ser cargada completamente en solo tres (oras. 2 Nissan asegura 'ue !ste tipo de recarga es eficiente, tan buena o incluso me4or 'ue (acerlo mediante un cable. >?

2

 =arga inalámbrica para e(ículos el!ctricos Tomado de (ttpDHH$$$.energeticafutura.comHJ:1:H:1Hcarga+inalambrica+para+e(iculos.(tml

%lustración 11. 7ecarga de autos el!ctricos por inducción de la Nissan

uenteD (ttpDHHenergeticafutura.blogspot.comHJ:1:H:1Hcarga+%NALI8-7%=A+para+e(iculos.(tml

6tro e4emplo son las lámparas de inducción magn!tica para uso pblico, comercial e industrial 'ue se muestran en la ilustración 1J, para reemplazar las luminarias con focos de F%C. 5stas son la ltima generación de lámparas a(orradoras con una durabilidad de 1::.::: (rs. " con una garantía de 2 a*os en cada una de sus partes. >K?

%lustración 1J. Lámparas de inducción magn!tica

uenteD (ttpDHH$$$.icars+sol.comHindePall.p(pQlateralRiz'uierdoP(ome.(tmSfuenteRLamparas.(tm

6frecen un nulo mantenimiento por operación, un ma"or rango de iluminación " muc(os más beneficios. Las características de cada una las lám paras de inducción usan una bobina de inducción sin filamentos " una antena acopladora, la cual consiste en aplicar una descarga de frecuencia para proeer soluciones de iluminación. /n la ilustración 19, se puede er 'ue el centro de la lámpara es la bobina de inducción a la cual le proee potencia un generador de alta frecuencia. /l ensamble de idrio circundante contiene un material electrón+%on plasma " esta rellenado con un gas inerte. La porción interior  del idrio está recubierta con un recubrim iento de fósforo el cual es similar al 'ue se encuentra en las lámparas fluorescentes. La antena transmite la energía generada por el primario de la bobina de un sistema de inducción al gas 'ue se encuentra dentro de la lámpara, por lo cual se crea una radiación ultraioleta, la cual es luego transformada a fuentes isibles de luz por  medio del recubrimiento de fósforo en la superficie de idrio. >O? %lustración 19. uncionamiento lámpara de inducción

uenteD (ttpDHH$$$.electricasas.comHelectricidadHlamparas+de+induccion+magnetica.(tml

-.6 MICROONDS Las microondas son ondas electromagn!ticas de la misma naturaleza 'ue las ondas de radio, luz isible o ra"os X. Lo 'ue diferencia a cada una de las ondas del espectro electromagn!tico es su longitud de onda o frecuencia. Las microondas son ondas electromagn!ticas de frecuencia mu" alta, es decir, con un nmero mu" eleado de ibraciones por segundo. /n la tabla 1 podemos er 'ue la longitud de !stas ondas oscila entre 9: centímetros " un milímetro. )e generan por medio de un magnetrón " se emplean para transmitir se*ales telegráficas de alta elocidad " para comunicar los sat!lites " las sondas espaciales con las estaciones de la Tierra. Tambi!n son usadas como radares, generadores " amplificadores. Además, se les da un uso mu" frecuente a tra!s del funcionamiento del (orno de microondas, 'ue cocina " calienta comida en forma rápida. Las microondas agitan las mol!culas de agua contenidas en los alimentos " logran 'ue ibren a gran elocidad, lo 'ue se traduce en un aumento de su temperatura 'ue produce su cocción. >1:? >9? Las microondas se producen mediante un generador de pulsos el!ctricos de duración mu" corta, 'ue en combinación con una antena parabólica se transforma en ondas electromagn!ticas. Tabla 9. Longitudes de onda

Radio

Muy Baja Frecuencia Onda Larga Onda Media Onda %&r'a Muy *+'a Frecuencia ,+'ra *+'a Frecuencia

Microondas Infrarrojo

Lejan& /u0mi+ime'ric& Medi& %ercan&

Luz Visible Ultravioleta Rayo X Rayos a!!a

%ercan& 23'rem&

Longitud de Onda

Frecuencia

Energía

> 10 km

< 30 khz

< 1.99 e-29 J

< 10 km < !0 m < 1$0 m

> 30 khz > !0 "hz > 1() Mhz

> 1.99 e-29 J > #.31 e-2$ J > 1.13 e-2) J

< 10 m

> 30 Mhz

> 2.0! e-2 J

300 Mhz

> 1.99 e-2! J

< 30 cm

> 1.0 Mhz

> 1.99 e-2! J

< 1 mm

> 300 hz

> 199 e-2# J

< !0 um < 2.! um < )$0 nm < 3$0 nm

> (0 hz > 120 hz > 3$# hz > )$9 hz

> 3(9$ e-21 J > )9(! e-21 J > 2!! e-21 J > !23 e-21 J

< 200 nm < 10 nm < 10 5m

> 1.! 4hz > 30.0 4hz > 30(0 hz

> 993 e-21 J > 19.9 e-1$ J > 19.9 e-1! J

uenteD (ttpDHHbibliotecadigital.ilce.edu.mHsitesHcienciaHolumen9Hciencia9H11JH(tmHsecP1.(tm

5ste tipo de tecnología no es nuea, e incluso T(omas /dison realizó estudios al respecto. /l detalle es 'ue a partir de 1O: científicos de la NA)A propusieron una fórmula para aproec(ar  la energía inagotable 'ue proiene del )ol, 'ue consistía en lanzar una estación con paneles al espacio 'ue estuiera en órbita geoestacionaria con el planeta para aproec(ar las J (oras de luz los 9M2 días al a*o. >11?

Cic(a estación no tendría 'ue preocuparse por las nubes ni el mal tiempo, ni de 'ue la atmósfera reduzca la intensidad de la luz solar. /l problema es 'ue las infraestructuras re'ueridas para emitir " recibir la po tencia son realmente grandes. No obstante, desde mediados del siglo XX muc(os sat!lites comenzaron a incorporar  estructuras solares con el ob4eto de aproec(ar !sta energía para el funcionamiento de la nae.  Actualmente, agencias espaciales de todo el mundo están interesadas por el tema, como por  e4emplo la empresa norteamericana 0acific Gas S /lectric 'ue aspira conseguir los permisos gubernamentales para construir la primera base en el espacio generadora de energía solar. /l ob4etio es 'ue !sta instalación eníe la energía acumulada mediante ondas de radio frecuencia, a tra!s de un sat!lite, a una estaciónreceptora ubicada en resno ;=alifornia11? /l principio básico de funcionamiento se debe a los paneles solares, mu" similares a los 'ue aparecen en la ilustración 1, los cuales están compuestos por pe'ue*as celdas de silicio cristalizado 'ue al ser EgolpeadosE por los fotones de la luz entran en un estado de EecitaciónE, liberando electrones " generando una corriente. %lustración 1. 0aneles solares

uenteD (ttpDHH$$$.eluelodelfeni.comHreistaHarticulosHcienciaHpanelPsolar.(tm

Luego, dic(a corriente se utiliza para alimentar un (orno de 8icroondas montado en el sat!lite, con la diferencia de 'ue !ste (orno re'uiere mil o diez mil eces más energía 'ue un (orno conencional para funcionar. Adicionalmente, dic(o E(ornoE tendría la forma de una antena de transmisión, con el fin de enfocar la energía (acia un punto específico sobre la superficie de la Tierra como se muestra en la ilustración 12.

%lustración 12. )at!lite para enío de energía pormicroondas

uenteD (ttpDHH$$$.denebola.orgH

Las p!rdidas de energía por atraesar la atmósfera son mínimas sin importar si es de día o de noc(e, o si (ace buen o mal tiempo. Cic(as ondas llegan a una central de energía 'ue está básicamente compuesta por una ErectenaE ;recti f"ing antenna o antena rectificadora< 'ue es un tipo especial de antena cu"a función es conertir microondas a electricidad, la cual posee una gran eficiencia para !sta conersión "a 'ue pruebas en laboratorio (an demostrado 'ue puede conertirse el O:U de microondas en electricidad ;como referencia, un generador eólico sólo puede conertir el 2OU de la energía del iento en electricidad1? /mpresas como 0o$er-eam están reolucionando el mod o de transmisión de energía mediante la integración de la tecnología óptica para producir electricidad inalámbrica segura, confiable " abundante. A tra!s de !sta tecnología se puede dirigir un (az de energía a grandes distancias dentro de la línea de isión a los dispositios de cual'uier tipo 'ue re'uieren electricidad para funcionar. )u tecnología no está en el mercado, pero "a se (an otorgado licencias a dise*adores en crear  lámparas, bocinas, marcos digitales " otros d ispositios 'ue me4orarían su est!tica sin cables. 0ero !ste sistema, al igual 'ue el basado en microondas tiene la desenta4a de ser direccional, lo 'ue implica 'ue el emisor " receptor deben estar alineados " sin obstáculos en el medio, situación 'ue resulta poco práctica en algunos casos. >19?

-.8 RDIO $RECUENCI 9R$ /l concepto puede parecer nueo pero en realidad !sta tecnología tiene más de 12: a*os de edad, desde 'ue ames =lerk 8a$ell sentó las bases de las ondas electromagn!ticas " Nicola Tesla imaginó aplicaciones de enío de energía sin cables con ondas electromagn!ticas. Las ondas de radiofrecuencia ;7< se generan cuando una corriente alterna pasa a tra!s de un conductor. Las ondas se caracterizan por sus frecuencias " longitudes. La frecuencia se mide en (ertz ;o ciclos por segundo< " la longitud de onda se mide en metros ;o centímetros12? Las cargas el!ctricas o electrones 'ue flu"en por el cable o conductor de un circuito de corriente alterna ;=.A.< no lo (acen precisamente por el centro o por toda el área del mismo, como ocurre con la corriente continua o directa ;=C1? >92? %lustración 1K. Nikola Tesla

uenteD (ttpDHHdaidszond".comHfutureHteslaHtesla.(tm

/n realidad Nikola Tesla eperimentó con una gran ariedad de bobinas " configuraciones, así 'ue es difícil describir un modo específico de construcción 'ue satisfaga a a'u!llos 'ue (ablan sobre bobinas de Tesla. Cic(o sistema se basaba en la capacidad de la ionosfera para conducir  electricidad, segn Tesla eistía muc (a electricidad entre la tierra " la ionosfera. 3sando entonces la polaridad negatia de la Tierra se podría conducir " transmitir la corriente a todo el mundo, en forma gratis " sin cables usando unas torres 'ue estarían en frecuencia entre ellas. La potencia se transmitía a una frecuencia de .K9 cHs desde una enorme torre, " se alía de un fenómeno conocido como 7esonancia )c(umann como medio de transporte. >19? Nikola Tesla con el fin de realizar sus eperimentos trató de construir una torre de más de M: metros llamada #ardencl"ff la cual se muestra en la ilustración 1O, pero no se terminó del todo ni funcionó a plena capacidad debido a la falta de presupuesto. Nikola Tesla es uno de los inentores más importantes de la (istoria, conc ibió la radio, el motor de inducción el!ctrico, las bu4ías, el alternador " el generador el!ctrico de corriente alterna, entre otras cosas. )in embargo, (asta (ace pocos a*os sus inenciones fueron atribuidas a otros creadores 'ue patentaron sus inentos antes 'ue !l. >1K?

%lustración 1O. Torre #ardencl"ffe

uenteD (ttpDHH$$$.resonancestudio.comHcraigsblogHQpRJ2J

6.6 DE$INICIÓN DE ! BOBIN TES! La bobina de Tesla es un transformador de ncleo de aire 'ue producen corrientes el!ctricas de alto olta4e " alta frecuencia ;radiofrecuencias< con efectos sorprendentes 'ue se pueden apreciar en la ilustración J:, tales como efluios, coronas " arcos el!ctricos. >1O? %luistracion J:. -obina de Tesla

uenteD (ttpDHHricardobarrientosega.$ordpress.comHJ::OH:9HJH(aciendo+efectos+con+el+tesla+coilH

Las primeras bobinas " las bobinas posteriores arían en configuraciones " monta4es. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas el!ctricas de alcances del orden de metros, lo 'ue las (ace mu" espectaculares. 3na bobina Tesla grande de dise*o actual puede operar con nieles de potencia con picos mu" altos, (asta muc(os megaatios. Cebe por tanto ser a4ustada " operada cuidadosamente, no sólo por eficiencia " economía, sino tambi!n por seguridad. )i, debido a un a4uste inapropiado, el punto de máimo olta4e o curre por deba4o de la terminal, a lo largo de la bobina secundaria, una c(ispa de descarga puede da*ar o destruir el cable de la bobina, sus soportes o incluso ob4etos cercanos. >J:?

6.7 DESCRI"CIÓN DE ! BOBIN TES! /n la parte iz'uierda de la %lustración J1 podemos er dos tipos de fuente de alimentación de alta tensiónD La 'ue proporciona corriente alterna " la 'ue la conierte en continua mediante un rectificador de media onda " un condensador de filtro. %lustración J1. =ircuitos básicos de una bobina de Tesla

uenteD (ttpDHHsites.google.comHsiteHanilandroH:JM::+bobina

/n cuanto al circuito de la bobina de Tesla propiamente dic(a, está situada a la derec(a de la %lustración J1. A partir de los terminales A+- de entrada encontramos un c(o'ue de radiofrecuencia, es decir, una bobina de autoinducción considerable 'ue de4a pasar la corriente de alimentación, pero impedirá 'ue la alta frecuencia creada en el circuito oscilador pueda retornar (acia la fuente " anularse.

Bemos despu!s un circuito sintonizado, formado por el condensador " la bobina primaria formando un circuito L + =, separados por un eplosor de c(ispas. La bobina primaria, de pocas espiras, normalmente entre 2 " 1J, " la secundaria, de muc(as espiras ;K::+1.::99?

8.6 RESONNCI La resonancia es un fenómeno físico in(erente a todos los cuerpos 'ue conocemos, por el cual tienden a ibrar preferiblemente a una determinada frecuencia cuando se les ecita eternamente. La frecuencia de resonancia depende de la masa " de la elasticidad del cuerpo 'ue estemos tratando de moer, por lo tanto cada cuerpo tiene la su"a. La frecuencia a la 'ue ibra un ob4eto cuando le damos un to'ue se llama su frecuencia natural de ibración, pero cuando se obtiene la frecuencia de resonancia ideal, la ibración del ob4eto es más en!rgica, de más potencia, de ma"or amplitud " de ma"or facilidad para el agente eterno de (acerlo ibrar. 5stas consideraciones son uniersales " aplicables a todo tipo de resonancias ;acstica, mecánica, electromagn!tica, etc.< >J9? 0or e4emplo en la ilustración 9, cuando damos un empu4ón a un columpio, !ste a " iene tardando un cierto tiempo en cada oscilación, desde 1 (asta +1. A ese tiempo se le llama el período de oscilación, " es el inerso de la frecuencia. )i empu4amos el columpio al azar, con fuerza constante, a eces lo empu4aremos cuando est! iniendo (acia nosotros, con lo 3

 La transmisión inalámbrica de energía se acerca a la realidad Tomado de (ttpDHHuniersia.itsitio.comHernota.(tmQidnotaRK9MSdestacadaR1 4

 /lectricidad sin cables (ttpDHH$$$.consumer.esH$ebHesHtecnologiaH(ard$areHJ::OH:9HJH1K9KJ.p(p

cual se detendrá casi por completo, " otras eces l o empu4aremos cuando est! empezando a ale4arse de nosotros, con lo 'ue conseguiremos elearlo más. %maginemos a(ora 'ue empu4amos el columpio eactamente a su frecuencia natural de oscilación. /s decir, lo empu4amos siempre en el mismo momento, cuando empieza ale4arse de nosotros. Aun'ue usemos una fuerza no mu" grande, notaremos cómo cada ez el columpio se ale4a más, " más, (asta 'ue llegue casi a superar la altura del poste donde está suspendido. >J? %lustración 9. enómeno físico de resonancia

uenteD (ttpDHH$$$.natureduca.comHradioblogHQpagedR

6tro e4emplo de resonancia acstica se refiere a im aginar una (abitación con 1:: copas de ino id!nticas, cada una llena de ino (asta un niel diferente, entonces todas ellas tienen diferentes frecuencias de resonancia. )i un cantante de ópera canta una sola nota suficientemente alto dentro de la (abitación, una copa de la frecuencia correspondiente puede acumular suficiente energía incluso para estallar, aun'ue no influir en los otros asos. /n cual'uier sistema de resonadores acoplados a menudo eiste llamado acoplamiento fuerte de funcionamiento. )i uno se asegura de operar en ese r!gimen en un sistema dado, la transferencia de energía puede ser mu" eficiente. >J2?

8.7 CO"!MIENTO MGNETICO DE RESONNCI /l acoplamiento de la resonancia se produce cuando las frecuencias naturales de los dos ob4etos son aproimadamente los mismos. /n la ilustración 9K, dos bobinas ideales de resonancia magn!tica, se muestra en amarillo. Las bandas de color azul " ro4o ilustran sus campos magn!ticos. /l acoplamiento de sus respectios campos magn!ticos se indica mediante la coneión de la colorbands. >9M?

%lustración 9K. Acoplamiento magn!tico de resonancia

uenteD (ttpDHH$$$.$itricit".comHpagesHtec(nolog".(tml

 Al aplicar una onda electromagn!tica a una frecuencia determinada a un ob4eto es posible (acerlo ibrar. )i además el ob4eto retiene la ener gía aplicada eitando fugas, !ste pasa a de un estado de resonancia a un estado de Yresonancia duraderaZ emitiendo Ycolas de energíaZ las cuales se representan con líneas de color negro en la ilustración 9O. %lustración 9O. 7esonancia duradera

)e puede obserar en la ilustración :, 'ue si colocamos otro ob4eto resonante a la misma frecuencia cerca de una cola de energía, es posible transmitir la energía de las colas al otro ob4eto para 'ue !ste pueda aproec(arla. >JM? %lustración :. 6b4eto con igual frecuencia de resonancia

8.8 E*"ERIMENTO %ITRICIT+ /l primer eperimento de #iTricit", se lleó a cabo en el a*o J:: por inestigadores del 8%T liderados por el profesor 8arin )ol4acic, en el cual encendieron una bombilla de M:$ desde una fuente colocada a Jm de distancia, con absolutamente ningn contacto físico entre el receptor " la fuente de alimentación como se puede er en la ilustración 1. >91? 5

/l e'uipo del 8%T acopló dos bobinas de cobre de un diámetro de dos pies ;M: cm< dise*adas para tener la misma frecuencia de resonancia el!ctrica. 3na de las bobinas conectada a una fuente de energía, en lugar de irradiar el entorno con ondas electromagn!ticas, llena el espacio alrededor alrededor con un campo magn!tico magn!tico no radiactio radiactio 'ue oscila en las frecuencias frecuencias de 8Fz. /n la otra bobina llamada receptora, de la misma frecuencia de resonancia " conectada al dispositio de salida, se induce una corriente el!ctrica debida al campo magn!tico oscilante de la bobina conectada a la fuente de energía. )u alta frecuencia (ace 'ue sobrepase obstáculos tales como una pared " así, el receptor transmite la corriente nueamente a una carga para completarse el lazo de un circuito el!ctrico. >9M? 5

 ranklin Fadle", Cirector de Ciulgación =ientífica %nstituto Nanotecnología 8ilitar Tomado Tomado del =omunicado de prensa del 8%T, unio J::

%lustración 1. otos eperimento $itricit"

uenteD (ttpDHH$$$.4ustc(romatograp(" (ttpDHH$$$.4ustc(romatograp(".comHgeneralH$itricit"[ .comHgeneralH$itricit"[

Los datos recogidos a tra!s de mediciones indicaron 'ue (ubo una eficiencia del :U al 2:U de la electricidad a tra!s de #iTricit" " la energía 'ue no se utilizó permanecieron en las inmediaciones de la emisora en sí, " no irradiar al medio ambiente circundante. La parte interesante interesante de la electricidad electricidad generada es la 'ue bombilla bombilla brillaba a pesar de 'ue la madera, metal " otros artefactos fueron colocados entre las dos bobinas. >91?  Al operar lo nico 'ue (a" alrededor de la bobina f uente es un campo magn!tico, sin ser  afec afecta tada da la se*a se*all ni por por muro muross ni por por otro otross elec electr trodo odom! m!st stic icos os ;'ue ;'ue tamb tambi! i!n n prod produc ucen en electromagnetismoJ? La ca4a de la bobina principal se puede YesconderZ o incrustar en la pared, en el suelo o deba4o de un escritorio, por e4emplo. Las otras bobinas irían acopladas a los aparatos, 'ue comienzan a cargarse en cuanto se encuentran dentro de los límites a los 'ue llegan las ondas de la bobina principal ;es decir, a una distancia de unos 9: metros E!EMENTOS DE! MODE!O %ITRICIT+ =omo se muestra en la ilustración J, el modelo de la electricidad inalámbrica ;#iTricit"< tiene los siguientes elementos para su funcionamientoD 1. J. 9. .

3n =onertidor de frecuencia 'ue pasa a una bobina resonante. 3n tomacorriente de pared 6bstáculo 6tra bobina resonante receptora .

%luistracion J. /lementos del modelo $itricit"

uenteD httpDHH$$$.$itricit".comHpagesHtec(nolog".(tml

La fuente de energía #iTricit", está conectada a la corriente alterna. Las líneas azules representan el campo magn!tico inducido por la fuente de alimentación. Las líneas amarillas representan el flu4o de energía desde la fuente a la bobina de captura #iTicit", 'ue se muestra prendiendo una bombilla. Además, se mue stra en !ste diagrama c ómo el campo magn!tico, ;líneas azules< puede enoler alrededor del obstáculo presente entre la fuente de alimentación " el dispositio de captura. >JK?

8.? $UNCIONMIENTO DE! MODE!O %ITRICIT+ /n la lustración 9 tenemos un circuito ;A< ubicado en un enc(ufe en la pared, 'ue conierte la corriente estándar de 2:HM: Fertz en 1: 8Fz " al imenta a la bobina ;-< la cual no llea ncleo. La oscilación interna de la bobina transmisora, causa 'ue !sta emita un campo magn!tico de 1: 8Fz. %luistracion 9. -obina transmisora del modelo $itricit"

uenteD (ttpDHHelectricidadsincables.blogspot.com La bobina receptora ;=< tampoco llea ncleo, tiene eactamente las mismas dimensiones 'ue la bobina emisora " es resonante a la misma frecuencia. /n la ilustración  se muestra un proceso denominado inducción magn!tica, en donde la bobina receptora ;=< toma la energía del campo magn!tico de la primera bobina ;-9:? [email protected] Tran0Aerenc3a 4e enera 03n 32portar o;0tcuo0.Los obstáculos tales como madera, paredes de "eso, plástico, tetiles, idrio , ladrillo, " el (ormigón son esencialmente EtransparentesZE a los campos magn!ticos de la tecnología #iTricit". Además tiene la capacidad de EenolerE muc(os obstáculos metálicos , propiedades 'ue lo conierten en un ecelente medio de transferencia de energía para un consumidor domiciliario, comercial o industrial. [email protected] Tran0Aerenc3a 4e enera 0eura para per0ona0 y an32ae0. La tecnología de &i#ricit' no da lugar a emisiones de radiofrecuencia 'ue interfieren con otros dispositios

electrónicos, además los campos magn!ticos generados por la tecnología #iTricit" interactan mu" d!bilmente con los organismos biológicos ;personas " animales< " científicamente es considerada como segura.

3n físico de renombre mundial, el profesor )ir o(n 0endr", del %mperial =ollege de Londres, eplica 'ue 6los organismos biológicos en realidad responden fuertemente a los campos el!ctricos " no a los campos magn!ticos, por lo 'ue se puede cocinar un pollo en un (orno de microondas. Los límites de eposición (umana a los campos magn!ticos son establecidos por los organismos reguladores, como el de la == ;ederal =ommunications =ommission< " el %=N%70 ;international commission on non+ionizing radiation protection< 'ue se basan en el consenso científico " m!dico. /s por eso 'ue la tecnología #iTricit" se está desarrollando para 'ue sea completamente compatible con la normatia aplicable en relación con los campos magn!ticos " las radiaciones electromagn!ticas.

[email protected] "er23te 0ouc3one0 4e 233at3o0 a =3oat3o0. Los sistemas pueden ser dise*ados para mane4ar una amplia gama de nieles de potencia. Los beneficios de la transferencia de energía altamente eficiente en la distancia se puede lograr a nieles de potencia 'ue an desde miliatios a arios kiloatios. 5sto permite'ue la tecnología #iTricit" sea utilizada en aplicaciones tan diersas como la alimentación de un ratón inalámbrico o un teclado o para recargar un automóil el!ctrico. 8.@.> "er23te 3nterar0e en o0 pro4ucto0 OEM 9Or33na Eu3p2ent ManuAacturer. #iTricit" está siendo dise*ado de modo 'ue pueda ser fácilmente integrado en una amplia ariedad de productos 6/8. La física del acoplamiento magn!tico de resonancia permite a los ingenieros dise*ar fuentes de energía " dispositios de diferentes formas " tama*os. >9:? 8.@.? Otro0 ;eneA3c3o0 4e a Tecnooa %3tr3c3ty

6

·

7ecarga automática de las baterías de los disposit ios.

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/liminación de los cables de energía difícil de mane4ar antiest!ticos " costosos.

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8enos contaminación para el medio ambiente reduciendo el uso de las pilas desec(ables

 #iTricit" Applications Tomado de (ttpDHH$$$.$itricit".comHpagesHbenefits.(tml

>. !GUNOS EJEM"!OS + "!ICCIONES COMERCI!ES CTU!ES DE ! TECNO!OG# %ITRICIT+ Las aplicaciones de la compa*ía #iTricit" se enfocan en intentar eitar el uso de baterías o de cables para conectar a la pared. /ntre las aplicaciones comerciales más destacadas e stán cargar el celular mientras uno camina en la casa, utilizar el computador portátil sin conectar " sin batería, estar libre de los cables para las lámparas, consolas de ideo4uegos, TB de pantalla plana, marcos de fotos digitales, accesorios para teatro en casa, altaoces inalámbricos, etc. La intención de !stos productos es 'ue en la (abitación eista solamente un emisor de energía 'ue alimente a todos los aparatos 'ue se encuentran en ella. %luistracion M. %ntegración de productos con tecnología $itricit"

uenteD (ttpDHH$$$.fa"er$a"er.comHJ::OH:H$itricit"+energia+%NALI8-7%=A+en+1K+mesesH

#iTricit" no solamente se planeó para un uso dom!stico, pues eisten numerosos prototipos para 'ue !sta tecnología se uela la nuea forma de transmitir energía por e4emplo en el área de la medicina, en el transporte, en la indust ria " en la tecnología militar.

>.- "!ICCIONES %ITRICIT+ EN E! TRNS"ORTE )e establecerían estaciones de recarga para e(ículos el!ctricos e (íbridos de pasa4eros " e(ículos comerciales en los estacionamientos de casas, oficinas " comercios " 'uioscos a distancia. Ce (ec(o, algunos isionarios, (an pensado 'ue !sta tecnología podría llearse a las pistas de carrera donde se crearía un tnel 'ue alimentarí a a los autos, lo 'ue eitaría a los competidores parar en los pits. =laro está si los  e(ículos utilizan electricidad. >9:?

>.6 "!ICCIONES %ITRICIT+ EN ! INDUSTRI =omunicación inalámbrica e interconeión a tra!s de rotación " moimiento EarticulacionesE ;robots, má'uinas de enasado, ma'uinaria de monta4 e, má'uinas (erramientas< los cuales serían más eficientes gracias a una coneión inalám brica, pues gran parte del desgaste 'ue sufren estas (erramientas se debe al deterioro de sus cables 'ue los alimentan de energía. =omunicación inalámbrica " las interconeiones en ambientes agresios ;perforación, etracción, ba4o el agua, etc9:?

CONC!USIONES

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 Aun'ue eisten diersas formas de transmitir electricidad de forma inalámbrica, como son el uso de las ondas de radio, el láser in frarro4o " la inducción, por a(ora ninguno de los m!todos es eficiente " genera grandes p!rdidas de energía en la transmisión, pero es de preer 'ue !ste tipo de tecnologías eolucionen " (a"a aances en el futuro. Las aplicaciones #itricit" se enfocan en intentar eitar el uso de baterías o de cables para conectar a la pared " se plantea a futuro transmitir datos a pe'ue*as distancias. 0or lo cual podemos imaginar estar utilizando nuestros e'uipos electrónicos, "a sean %pods, teleisores, celulares, 8p " (asta nuestros notebooks sin estar dependiendo de una fuente de poder a la cual estar conectados. La electricidad inalámbrica es una nuea " emocion ante frontera 'ue propone nueas posibilidades para los fabricantes " consumidores de todo el mundo. 5sta frontera nuea tendrá un impacto en el mercado " en el dise*o de productos@ incluso, ofrecerá a(orros ambientales, simplificará la interfaz (umana con la infraestructura " generará formas nueas de interac tuar con el dise*o de dispositios " productos complementarios. )i bien no amos a estar iendo una red de energía el!ctrica inalámbrica a niel nacional en el corto plazo, es probable obtener !sta tecnología en el futuro, "a 'ue la idea en una pe'ue*a escala está ganando impulso " se encuentra en un proceso aanzado de inestigación. 5sto es en gran parte por'ue, con la comunicación inalámbrica, como #i+i " -luetoot(, los cables de alimentación son a(ora el nico límite 'ue tienen los dispositios para conertirse en realmente e'uipos inalámbricos.

 A medida 'ue !sta tecnología alcanza su pico más al to " logra una adopción masia por parte de los consumidores, es imperatio 'ue los e'uipos de ingeniería " dise*o, los proeedores de electricidad inalámbrica, los fa bricantes " los cuerpos regentes colaboren estrec(amente para garantizar 'ue la primera prioridad siempre sea (allar  una solución uniersal interoperatia 'ue satisfaga " anticipe las necesidades de los consumidores inmediatos " futuros.

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