Transmisión de energía inalámbrica - Meta materiales
La Torre Wardenclyffe o la Torre Tesla fue un proyecto ambicioso y adelantado a su tiempo que Nikola Tesla intentó llevar a cabo por todos los medios: se trataba de una antena gigante que pretendía demostrar el poder de la transmisión de energía sin cables.
El proyecto no llegó a completarse, pues sus inversores perdieron interés en el mismo debido a que Guillermo Marconi había logrado realizar transmisiones radiofónicas antes de que el proyecto de Tesla finalizara. Tesla pretendía transferir electricidad sin emplear ningún tipo de cable, solamente sirviéndose de un campo electromagnético en el aire.
Hoy en día, aún tenemos que hacer uso de cables para conectar tanto nuestros aparatos eléctricos/electrónicos. Tesla ya realizó su famosa demostración de una bombilla incandescente que no empleaba cables, sino un campo electromagnético haciendo uso de la inducción magnética. Pero en la actualidad se está comenzando a invertir en este tipo de incipiente tecnología que los mercados olvidaron décadas atrás.
Metamateriales
En los años 70, la NASA demostró que podía sostener un helicóptero no tripulado en el aire, cargándolo con microondas desde tierra. Lo que ha cambiado en los últimos años es principalmente la tecnología de metamateriales. Nuevos materiales que nos permitieron convertir la energía nuevamente en electricidad de manera muy eficiente. Los metamateriales electromagnéticos hacen algunas cosas; puedes incorporarles pequeños diseños para que absorban la radiación electromagnética y la conviertan en calor, electricidad o la hagan desaparecer.
El concepto de materiales con permitividad y permeabilidad negativas fue introducido por primera vez por el científico soviético Veselago en 1968 y se predijo que con estos materiales se podría conseguir una refracción negativa y efectos Doppler inversos. Dado que la relación entre el campo eléctrico E, el campo magnético H y el vector de onda k ya no se ajusta a la regla de la espiral derecha cuando la constante dieléctrica y la permeabilidad son negativas, sino a la regla de la izquierda.
Características de los metamateriales son: (1) Son materiales diseñados y fabricados artificialmente en lugar de materiales naturales; (2) Es un material compuesto o híbrido, en lugar de un material simple o puro; (3) Presentan propiedades físicas supernormales que no tienen todos los materiales naturales, como índice de refracción negativo, permeabilidad magnética negativa, constante dieléctrica negativa o efecto Doppler inverso; (4) Pueden manipular eficazmente las ondas luminosas, electromagnéticas y sonoras modificando las propiedades físicas de la estructura de la unidad básica, la forma, la orientación y la disposición.
Los tipos de metamateriales pueden ser: electromagnéticos, acústicos, mecánicos,térmicos
Estructura técnica
La transmisión de energía inalámbrica de Emrod tiene dos componentes de hardware principales: una antena transmisora y una antena receptora. En lugar de la estructura metálica larga y delgada que recuerda la palabra "antena", las antenas de Emrod son conjuntos de antenas de guía de ondas ranuradas de forma cuadrada que pueden irradiar energía electromagnética. En funcionamiento, las antenas estarán cubiertas por carcasas transparentes a las microondas que las protegen del desgaste ambiental.
La transferencia de energía inalámbrica se inicia en la antena transmisora, donde un amplificador de potencia de microondas convierte la electricidad en energía electromagnética en forma de microondas. A continuación, un desfasador enfoca esta energía electromagnética en una dirección específica y un algoritmo de formación de haz crea un haz altamente colimado (con orientación exacta). Un elemento radiante envía el haz en su recorrido hacia la antena receptora. El haz es unidireccional, lo que significa que sólo puede viajar hacia un destino específico. Esto crea un cable virtual que permite transmitir grandes cantidades de energía de forma altamente controlada.
Como el haz colimado se transmite a través del aire, no hay ningún impacto material en la eficiencia del haz por cambios atmosféricos como la lluvia o la nieve. Un sistema de detección de objetos apaga automáticamente todo o parte del haz cuando un objeto pasa, y un sistema de batería en el lado receptor puede garantizar un suministro de energía ininterrumpido. En la antena transmisora, se utiliza un acoplador direccional para obtener una referencia de frecuencia y una muestra del haz piloto para guiar el haz colimado a medida que viaja hacia la antena receptora.
Aunque en teoría el haz podría viajar distancias ilimitadas, está limitado por el tamaño de la antena. Para que la antena tenga un tamaño práctico, se utilizan antenas de retransmisión para transmitir energía a distancias especialmente largas. Estas antenas de retransmisión también se pueden usar para cambiar las direcciones del haz o recolectar y retransmitir múltiples haces.
En la antena receptora, la energía electromagnética se convierte nuevamente en electricidad. Un elemento receptor convierte el haz en electricidad de CA y luego lo pasa a un módulo rectificador, que lo convierte en electricidad de CC. Esta energía luego se puede utilizar normalmente.
Las primeras pruebas
El prototipo que están construyendo para Powerco transmitirá 2 kW. Unos pocos kilovatios, pero en realidad son limitados debido a nuestras instalaciones de pruebas. El prototipo actual es relativamente pequeño, transmite unos 40 metros.
El tamaño de la antena lo determina la cantidad de energía que se desea transferir; mayor energía, mayor superficie. También la distancia; cuanto mayor sea la distancia que quieras recorrer, mayor será la superficie que necesitas. En principio, probablemente esto se limite más a islas y parques eólicos marinos donde hay que afrontar distancias bastante largas. Un ejemplo, un transmisor de un metro cuadrado podría enviar unos 10 kW a unos 10 metros, pero un transmisor de 40 metros cuadrados podría brindarle un alcance de aproximadamente 30 km.
La eficiencia de todos los componentes que hemos desarrollado es bastante buena, dice Kushnir. La mayor parte de la pérdida se produce en el lado transmisor. Estamos usando estado sólido para el lado transmisor, y son esencialmente los mismos elementos electrónicos que puedes encontrar en cualquier sistema de radar, o incluso en el microondas de tu casa. Por el momento, estos están limitados a alrededor del 70 por ciento de eficiencia.
La eficiencia puede subir o bajar un poco según la frecuencia que utilice, y nosotros utilizamos una gama de frecuencias diferentes según el escenario exacto; a veces estás contento con antenas más grandes y más baratas, a veces estás contento con una antena más pequeña y menos eficiente, pero sí, ese es el nivel en el que estamos.
Ricardo Berizzo
Ingeniero Electricista 2024.-
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