La energía sin cables ya es posible
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La energía sin cables ya es posible

domingo 05 de abril de 2015, 18:00h

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La transmisión inalámbrica de energía es útil en los casos en que los cables de interconexión son inconvenientes, peligrosos, o resulta imposible tenderlos. El problema difiere del de las comunicaciones inalámbricas, tales como la radio, ya que, en éstas la proporción de la energía recibida se convierte en crítico sólo si es demasiado baja para que la señal se distinga del ruido de fondo, mientras que con la energía inalámbrica, la eficiencia es el parámetro más significativo, pues una gran parte de la energía enviada por la planta de generación debe llegar al receptor o receptores para que el sistema resulte económico.
Aunque la idea puede sonar futurista, no estamos hablando de algo de nueva invención, pues ya el ingeniero y visionario Nikola Tesla, afincado en EE. UU., había propuesto teorías de transmisión de energía sin conductores de cobre hacia 1900, siendo espectaculares las demostraciones en su laboratorio de Colorado Springs (EE. UU.), en las que era capaz de encender bombillas a varios metros de distancia de la fuente de energía, sin la necesidad de cables.
Desde entonces, los investigadores han desarrollado varias técnicas para transportar electricidad a largas distancias sin necesidad de cables. Algunas existen solamente como teorías o prototipos, pero otras ya están en uso en la actualidad y, así, por ejemplo, los usuarios de cepillos de dientes eléctricos disfrutan cada día de las maravillosas ventajas de esta tecnología. Este accesorio de uso doméstico tiene implementado un método de transferencia de electricidad a través de acoplamiento inductivo sencillo, que sirve para recargar la batería que mueve su motorcito.
La forma más común de transmisión de energía inalámbrica se lleva a cabo, a corta distancia, utilizando la inducción directa, seguido por inducción magnética resonante y, a larga distancia, la radiación electromagnética en forma de microondas o láseres.
La mayoría de los enfoques para hacer realidad esta tecnología hacen uso práctico de campos electromagnéticos de cierta frecuencia como el medio a través del cual se transfiere la energía. En la parte más alta del espectro electromagnético son las técnicas ópticas, con el uso de rayos láser para enviar energía a través de un haz colimado de luz a un receptor remoto, donde los fotones recibidos se convierten en energía eléctrica. Sin lugar a dudas, este es un método eficiente de transmisión a grandes distancias de forma teórica; sin embargo, en la práctica, exige complicados mecanismos de apuntamiento para mantener una alineación correcta entre los transmisores y receptores. Además, hay de tener en cuenta que son procedimientos de “visión directa”, y salvar los objetos que se interponen entre el transmisor y receptor y que interrumpen la transmisión de energía es todavía un reto en estudio. De igual manera, para las frecuencias de microondas, se puede vislumbrar un planteamiento similar de transmisión eficiente de energía a grandes distancias usando el campo electromagnético radiado desde antenas apropiadas.
También es posible transmitir energía sin cables con métodos considerados de “no radiación”, como sucede con el ejemplo del cepillo de dientes eléctrico. La operación de un transformador puede considerarse como una forma de transferencia de energía inalámbrica, ya que utiliza el principio de inducción magnética para transferir energía de una bobina primaria a una secundaria sin una conexión eléctrica directa. Si a este sistema de inducción de corriente le añadimos las propiedades de la resonancia, conseguiremos un método de transferencia inalámbrica de electricidad a través de la inducción por campos.

Acoplamiento inductivo
El acoplamiento inductivo utiliza los campos magnéticos que genera la corriente de forma natural en su movimiento a través de cables conductores. Una corriente eléctrica a través de un conductor crea un campo magnético circular alrededor del mismo. Si disponemos este conductor de forma espiral a modo de bobina amplifica el campo magnético. Además, cuantos más bucles y más cercanos estén entre sí hacen que el campo magnético generado sea más intenso y estable. Si disponemos de una segunda bobina, semejante a la primera, anexa al campo magnético inicialmente generado, este induce una corriente en el cable dispuesto como segunda bonina. Es así cómo funciona básicamente un transformador, y cómo se recarga nuestro cepillo de dientes eléctrico.
Muchas compañías se encuentran ya desarrollando ésta tecnología en colaboración fabricantes de portátiles, operadores de telefonía móvil y empresas de automóviles para transformar superficies como paredes, suelos y mesas en conductores eficientes de energía inalámbrica, sustituyendo la necesidad de acceder a mЬltiples tomas de corriente para la carga y alimentación de los dispositivos electrónicos, tales como teléfonos móviles, equipos de MP3, ordenadores personales, televisores, equipos de sonido, máquinas de afeitar, cepillos de dientes, etc. entre otros; soluciones que nos permiten librarnos de los cables que nos vemos obligados a usar en multitud de aparatos de uso cotidiano y de baterías caras y contaminantes.

Resonancia
Los dispositivos domésticos producen campos magnéticos relativamente pequeños; por eso, los cargadores que proporcionan corrientes inducidas tienen que mantenerse a la distancia corta para que la carga sea eficiente. Un campo más grande e intenso puede inducir electricidad desde más lejos, pero el proceso es extremadamente ineficiente, ya que las líneas del campo magnético se dispersarán en todas las direcciones, resultando en una pérdida muy elevada de energía.
Investigadores del MIT han descubierto una manera eficaz de transferencia de energía entre bobinas separadas varios metros mediante la adición de la resonancia. Según esta teoría, una bobina incluso puede enviar electricidad a varias bobinas receptoras, mientras que todos los secundarios resuenen a la misma frecuencia. El trabajo preliminar del equipo MIT sugiere que este tipo de configuración podría recargar no solo dispositivos relativamente cercanos (en una habitación o varias habitaciones), sino que con las modificaciones adecuadas se podrá enviar energía a largas distancias, como a todas las plantas de uno o varios edificios en una ciudad.
El caso es que la inducción electromagnética alcanza distancias relativamente cortas, por lo que si se persigue trasladar energía sin cables a larga distancia (decenas de kilómetros) hay que emplear otros métodos aún en desarrollo, con resultados relativamente eficientes, como son las microondas y el rayo láser.

Microondas
La transmisión de energía mediante ondas de radio puede hacerse más direccional, alcanzando mayores distancias de energía radiante, con el uso de radiación de onda corta, en el rango de las microondas. Una antena rectificadora puede utilizarse para convertir de nuevo la energía emitida por microondas en electricidad, con resultados de eficiencia práctica de conversión superiores al 95% en la antena.
La energía radiante por microondas presenta la problemática de la necesidad de voluminosas antenas transmisoras y receptoras debido a los límites de difracción a la hora de aplicar la direccionalidad a distancias de varios kilómetros. Algunos proyectos que pretenden recibir energía de estaciones solares en órbita usando este método requieren una antena transmisora de un km de diámetro y una receptora de 10 km para un haz de microondas en 2,45 GHz. Aunque está dentro de los límites de seguridad, la opinión pública sería contraria a la idea de recibir constantemente microondas desde el espacio, aunque el riesgo sea relativamente bajo.

Láser
En el caso de las radiaciones más cercanas de la región visible del espectro, la energía puede transmitirse a través de un rayo láser apuntado a una célula fotovoltaica, que la convertiría en electricidad. Este mecanismo se conoce generalmente como “energía radiante”, porque la energía se transfiere a un receptor puntual que puede convertir la luz del láser en energía eléctrica. El problema que presenta, además de la dificultad del apuntamiento, son los posibles efectos negativos (daños) sobre los objetos o animales/personas que lo intercepten.

Conclusión
Presentando un ámbito tan amplio de aplicación, se puede afirmar que el uso de la transferencia de energía inalámbrica, la energía sin cables, estará presente en muchas áreas de la vida en los próximos años. Numerosas empresas de electrónica ya están desarrollando los componentes para compatibilizar sus dispositivos con este tipo de fuentes de energía, incluso en aquellos de tamaño más reducido.
Así, pues, la energía transportada de manera inalámbrica es una opción a considerar en aquellas situaciones donde el cable de cobre es impracticable. Esta técnica ayuda a despejar la maraña de cables donde, incluso, una única fuente de energía sin cables sería capaz de suministrar energía eléctrica a distintos dispositivos, posicionados a diferentes distancias. Además, la duración de la batería ya no sería un problema, haciendo que el equipamiento sea más pequeño y ligero. Por tanto, la previsión futura de esta tecnología es el poder deshacerse de gran parte de los conductores físicos en edificios, vehículos, aeronaves y buques.
El principal problema que plantea la transferencia de energía inalámbrica es su eficiencia, la cual disminuye en proporción inversa a la distancia entre la fuente y el dispositivo. Sin embargo, los más optimistas de esta tecnología aseguran que el futuro traerá niveles de eficiencia iguales o incluso superiores a los del cobre.
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