cargador inalámbrico_olivia

CARGADOR ELECTRICO INALÁMBRICO Wi-Tricidad

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE SAN LUIS POTOSÍ

Reporte de Proyecto Final

martes 19 de noviembre del 2013

EQUIPO: OLIVIA ESPERANZA MENDEZ MIRANDA 090291 ROBERTO CARLOS VITE CHÁVEZ 110650 desde el emisor al receptor como a través de un túnel. Fundamento Los cargadores inalámbricos o inductivos hacen uso de la inducción electromagnética para cargar las baterías. Una estación de carga envía energía electromagnética por acoplamiento inductivo a un aparato eléctrico, el cual almacena esta energía en las baterías. La carga se consigue sin que exista contacto físico entre el cargador y la batería. Es el sistema de carga más utilizado en cepillos de dientes eléctricos; debido a que no existe contacto eléctrico no hay peligro de electrocución. Cada inductancia está referida al campo magnético generado uno.

INTRODUCCION El sistema se basa en la llamada resonancia eléctrica, fenómeno que se produce al coincidir la frecuencia propia de un circuito con la frecuencia de una excitación externa. Según el director de esta primera investigación, el físico del Instituto Tecnológico de Massachussets MIT, Marin Soljacic, dos objetos resonantes en una misma frecuencia tienden a acoplarse entre sí con mucha fuerza. Hasta ahora, los sistemas que usan radiación electromagnética -como las antenas de radiono han servido para la transferencia eficaz de energía porque la esparcen en todas direcciones, desperdiciando grandes cantidades en el espacio. Para solucionar el problema, los científicos investigaron una clase especial de objetos "no radioactivos", con las llamadas "resonancias de larga vida". Cuando se aplica energía a estos objetos, ésta permanece ligada a ellos y no se escapa al espacio, así la energía pasa

Electromagnetismo

En el siguiente reporte se mostrara el proyecto final de la materia de Electromagnetismo. Esto corresponderá el cargador inalámbrico basado en los estudios del modelo de inducción y resonancia hecho en 1899 por Nicola Tesla científico inmigrante y mejorado en junio del 2007 por investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para poder desarrollar el cargador inalámbrico; se realizara la interacción de los campos magnético a una bobina que genera una frecuencia alta para mejor resultados y la otra bobina es afectada por el campo magnético creando un voltaje

MARCO TEÓRICO Campo magnético Un campo que ejerce fuerzas (denominadas magnéticas) sobre los materiales. Al igual que el campo eléctrico también es un campo vectorial, pero que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo (como sí lo hace el campo eléctrico en dónde las acelera a través de la fuerza eléctrica). Sin embargo el campo magnético tiene influencia sobre cargas eléctricas en movimiento. El campo magnético es una magnitud vectorial (tiene intensidad, dirección y sentido) y se representa con la letra B (con una flechita arriba*).

El campo se puede representar con un dibujo y el dibujo se llama espectro, y se realiza con líneas curvas llamadas líneas de campo.

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Figura 2 La resonancia

Figura 1 La Inducción electromagnética Descubierta por Faraday, es un fenómeno que refleja la íntima relación entre la electricidad y el magnetismo. Supongamos que tenemos un cable conductor por el que hacemos pasar una corriente eléctrica (vamos, que lo enchufamos a un generador eléctrico). Debido al paso de cargas en movimiento se crea alrededor de dicho cable un campo magnético que inunda todo el espacio próximo. Si en lugar de un cable recto tenemos un cable arrollado muchas veces - es decir, una bobina - el campo magnético creado será más intenso y más cuanto más vueltas tenga el cable. Esta es la que vamos a denominar “bobina primaria”. Supongamos, además, que la corriente eléctrica que hacemos pasar a través de esta bobina primaria es corriente alterna. En este caso, el campo magnético que se genera es además variable en el tiempo y viene caracterizado por una determinada frecuencia.

Electromagnetismo

La resonancia es un fenómeno físico que se produce en muchos sistemas diferentes y que se caracteriza por una transferencia de energía muy efectiva entre un sistema y otro. Este fenómeno, conocido como acoplamiento magnético resonante es, en general, el sistema utilizado por varias de las empresas que actualmente comercializan electricidad inalámbrica. En el caso ideal, bastaría comprar un generador de Witricidad – la bobina primaria – enchufarlo a la red eléctrica y dispondríamos de energía eléctrica inalámbrica para todos nuestros dispositivos electrónicos del hogar y de la oficina, de una manera limpia y segura, ya que el campo magnético generado apenas interacciona con el organismo, y no se ve afectado por ningún obstáculo que se interponga en su camino.

Figura 3 Transistor: es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. 1 Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

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Figura 4 Capacitor: Figura 7

Figura 5 Resistencia:

Bobinas (realizadas mediante cálculos): En un sistema electrónico puede servir para muchas cosas: Como primario o secundario de un transformador, como componente de un circuito oscilador, como choque de filtro, como electroimán en un relay, como inductor en un motor, como captador de pulsos. Todo depende cual es la función y el diseño del "sistema electrónico" del que se trate. Una bobina es alambre esmaltado enrollado alrededor de un trozo de hierro (núcleo). Su característica principal es que transforma la corriente que circula por ella en campo magnético. Su uso más conocido es el siguiente: Un imán tiene campo magnético permanente, pero una bobina por la que circula corriente, genera un campo magnético temporal. Inversamente, si a una bobina se le aplica un campo magnético genera corriente, convirtiéndose en generador. Iodo: DESARROLLO

Figura 6 Fuente:

PRIMERA FASE En la primera fase del desarrollo del cargador primero se tuvo que realizar una extensa búsqueda de los fundamentos de los circuitos en los que se basa nuestro cargador inalámbrico. Era preciso conocer la dinámica en como trabaja la inducción electromagnética, ya que

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este circuito es delicado en cuanto a fallos. Ya teniendo el diseño que requeríamos, se realizó la búsqueda de los materiales que se utilizarían ya que algo muy importante en el desarrollo de un circuito, es que los componentes de este sean costeables y se encuentren al alcance de nuestras manos. El circuito en general, lo que hará será generar una corriente inducida que pasara por una bobina generada con el alambre, el cuál mediante el efecto de la resonancia eléctrica, generará un campo eléctrico el cual podrá servir como una fuente de alimentación.

Figura 9

Última Fase Teniendo el diseño definido, empezamos a armar el primer circuito que actuara como el receptor.

Figura 8

Materiales Vo R1 C1 C2 C3…C 5 C4…C 6 TI D1

3…6 V 4,7..5, 6K 1nF -

9…10 V

10…15 V

10..15k

15..22k

470pF 470pF

470pF 1nF

Figura 10

3,9…4,7nF 100…470nF BD137 BD139 1N4148, BAT46 Tabla 1

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Después se arma el segundo circuito que actuara como el oscilador.

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Figura 13 Figura 11 En la siguiente imagen se pude observar que ya están los dos circuitos armados en el protoboard.

DISEÑO EN UN SOFTWARE El PCB (Printed Circuit Board) es una placa fenólica diseñada y personalizada para llevar acabo nuestro proyecto, el PCB se generó en un software llamado “PCB Wizard”. Este es el diseño del circuito que actúa como oscilador para nuestra placa.

Figura 12 Aquí se pude ver nuestro cable esmaltado para poder realizar las bobinas. El cable esmaltado es uno de los mejores conductores más accesibles y baratos que se pueden encontrar.

Figura 14 Este siguiente diseño es del circuito dos, que es el que será el receptor.

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martes 19 de noviembre del 2013 pasan a través de una unidad de área perpendicular, en esa región. La densidad de campo magnético está dada por:

B  0 H B = (µo)(n)(I) A partir de ella podemos calcular el campo magnético producido por la bobina.

Figura 15 CÁLCULOS Para poder calcular la inductancia de nuestras bobinas se utilizó la fórmula de Inductancia en una espira circular, la cual es la siguiente. µ𝑜𝑙 𝑙𝑛 4𝑙 𝐿 = ( )( − 2.45) 2𝜋 𝑑 L = (2π)(ρo)

A su vez, también entra el término de flujo magnético, éste se refiere a la capacidad de transmitir voltaje de una bobina a otra a partir del campo magnético, este campo nos ayudara a traspasar voltaje de una bobina a otra, pero esta capacidad de transferir está directamente proporcional a la permitividad que tengan en el medio, que tan fácil es para las líneas de flujo magnético pasar por un área. El flujo magnético a través de una superficie S está dado por

   B  dS S

En donde: l  es la longitud de la bobina. D  es el diámetro del cable (calibre). Ρo → Es el radio de la bobina Sustituyendo en la fórmula tenemos que: 𝐿 = (

(4πE − 7)(. 0295)(2π) ln 4(. 0295)(2π) )( 2π . 000405

La línea de flujo magnético es la trayectoria a la que el campo magnatico es tangencial en cualquier punto de éste. Debido a que necesitaremos la densidad de campo magnético para calcular el campo magnético utilizaremos la segunda fórmula mencionada. En ésta “I” es la corriente que circula por la bonina, la cual es medida con ayuda de un multímetro.

− 2.45) Para determinar el campo magnético que es emitido por la bobina primero se debe calcular la densidad de campo magnético, el cual, es el número de líneas de flujo que

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Para poder aplicar esta fórmula es necesario conocer n (es el número de vueltas por unidad de longitud) se calcula de la siguiente manera 𝑛=

𝑁 𝑙

Reporte de Proyecto Final En donde:

martes 19 de noviembre del 2013 Sustituyendo tenemos:

N  es el número de vueltas de la bobina l  la longitud de la bobina. Sustituyendo obtenemos n: 𝑛=

40 . 01

Obtenemos n = 400. A partir de ahí, obtenemos la densidad de flujo magnético, la cual está dada por:

𝐻=

. 232 𝐸 − 6 4𝜋𝐸 − 7

Obteniendo así un campo magnético de .1847 A/m RESULTADOS En la imagen podemos observar el último circuito el cual está conformado por una bobina secundaria con sus capacitores y un diodo y después al led a la batería del celular.

𝐵 = (µ𝑜)(𝑛)(𝐼) Sustituyendo obtenemos 𝐵 = (4πE − 7)(500)(46.3𝐸 − 3) B= .232 µWb/m2

Figura 17

Figura 1 Ahora se prosigue a calcular el campo magnético que es producido por la bobina primaria, el cual es: 𝐻=

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𝐵 µ𝑜

En la siguiente imagen se puede observar el Circuito con la bobina primaria conectada en el protoboard, para así poder inducir un campo electromagnético de la bobina principal a la bobina secundaria. Y cuando llega a la bobina secundaria empieza a cargar a los capacitores y llega al diodo para poder rectificar la señal que llega para poder así cargar el celular.

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martes 19 de noviembre del 2013 una tecnología con un amplio campo de adaptabilidad en cualquier área de la vida cotidiana, por lo cuál, sería apropiado que se le diera impulso a su uso, ya que podría generar grandes ventajas independientemente del área donde se aplicase.

Figura 18

CONCLUSIONES Al realizar este proyecto de electromagnetismo, el equipo vislumbro un tipo de tecnología que, a pesar de haberse documentado al respecto, nos pareció realmente asombrosa. Este tipo de transferencia de electricidad inalámbrica con la que soñaba Nicola Tesla es una realidad. El equipo ha concluido que la witricidad es En esta imagen se muestra como se recibe corriente en la primera bobina

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Figura 19

REFERENCIAS

1.

2.

http://soplandoalcierzo.blogspot.mx/2 007/07/witricidad-electricidad-sincables-si.html S http://teslablog.iaa.es/tesla-y-lawitricidad-primera-parte