Una innovación larga en gestación
La idea de la transferencia de energía inalámbrica ha fascinado a los científicos durante más de un siglo. En la década de 1890, el inventor Nikola Tesla popularizó la idea de enviar energía a través de la distancia y demostró la idea en público, iluminando una bombilla desde el otro lado del escenario. La idea llevó a Tesla a comenzar a trabajar en una estación de transmisión de energía inalámbrica en Shoreham, Nueva York que, según él, enviaría electricidad a través del aire, pero el proyecto nunca se completó debido a dificultades financieras.
El advenimiento de la radio revolucionó la comunicación inalámbrica de larga distancia poco después, pero aún no se había desarrollado la tecnología de alta frecuencia para transferir grandes cantidades de energía eléctrica de forma inalámbrica. La transferencia inalámbrica de energía languideció durante gran parte del siglo XX. Sin embargo, el boom de la electrónica de consumo de fines de la década de 1990 y principios de la década de 2000 reavivó el interés en el tema una vez más. Hoy en día, algunos dispositivos de consumo pequeños cuentan con transferencia de energía inalámbrica, que permite que el objeto extraiga energía mientras está acostado sobre una almohadilla especialmente diseñada que está conectada a una toma de corriente.
Replicar esta capacidad para un automóvil en movimiento es mucho más difícil, requiriendo una cantidad significativamente mayor de energía para enviar a una mayor distancia física desde la carretera hasta el vehículo. Un automóvil que viaja a velocidades de autopista no permanecería en una sola plataforma de carga durante más de una fracción de segundo, por lo que las almohadillas tendrían que colocarse cada pocos metros para proporcionar una carga continua.
La propuesta de solución.
Investigadores del departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energía de la Universidad de Colorado en Boulder (EE UU) han desarrollado un sistema que, en el futuro, podría recargar las baterías de los vehículos eléctricos en carretera, sin necesidad de detenerse.
Cada cinco o diez metros, una placa en el asfalto suministraría al coche la energía suficiente para continuar la marcha.
El prototipo utiliza la transmisión de energía mediante campos eléctricos, no electromagnéticos. Este sistema abre la puerta a la construcción de carriles de carga en las carreteras de las próximas décadas.
La carga inalámbrica de dispositivos ya se utiliza en pequeños objetos como los móviles, que suelen necesitar unos cinco vatios de potencia eléctrica. En el caso de los coches se necesitan decenas de kilovatios. Los investigadores han resuelto el problema aumentando la frecuencia de los campos eléctricos.
Khurram Afridi, profesor de la Universidad de Colorado, prevé que esta tecnología también aplicarse fácilmente para cargar los robots de los grandes almacenes.
Enfrentando el reto.
Para resolver la escala y el problema en movimiento, Afridi tuvo que pensar diferente sobre la metodología. Cargar un teléfono inteligente solo requiere cinco vatios de potencia. Una computadora portátil puede necesitar 100 vatios. Pero un vehículo eléctrico en movimiento requiere decenas de kilovatios de potencia, dos órdenes de magnitud mayor.
La mayoría de la investigación de la tecnología de energía inalámbrica hasta la fecha se ha centrado en la transferencia de energía a través de campos magnéticos, el llamado enfoque inductivo. Los campos magnéticos, a niveles de resistencia apropiados para la transferencia de energía sustancial, son más fáciles de generar que los campos eléctricos equivalentes. Sin embargo, los campos magnéticos viajan en un patrón de bucle, que requiere el uso de ferritas frágiles y con pérdidas para mantener los campos y la energía dirigidos, lo que resulta en un sistema costoso.
Los campos eléctricos, por el contrario, viajan naturalmente en líneas relativamente rectas. Afridi quería aprovechar la naturaleza más dirigida de los campos eléctricos para su innovación y reducir sustancialmente el costo del sistema.
El desafío del uso de campos eléctricos para la transferencia de energía inalámbrica -el enfoque capacitivo- es que el gran espacio de aire entre la calzada y el vehículo eléctrico resulta en una capacidad muy pequeña a través de la cual se debe transferir la energía.
“Todos dijeron que no es posible transferir tanta energía a través de una capacitancia tan pequeña”, dijo Afridi. “Pero pensamos: ¿y si aumentamos la frecuencia de los campos eléctricos?”
En su laboratorio, Afridi y sus alumnos colocaron placas de metal paralelas entre sí, separadas por 12 centímetros. Las dos placas inferiores representan las placas transmisoras dentro de la carretera, mientras que las dos placas superiores representan las placas receptoras dentro del vehículo.
Cuando Afridi activa un interruptor, la energía se transmite desde las placas inferiores. Al instante, la bombilla sobre las placas superiores se enciende: transmisión de energía sin necesidad de cables. El dispositivo ha mejorado constantemente hasta el punto en que puede transmitir kilovatios de potencia a frecuencias de escala megahertz.
“Cuando rompimos la barrera de los mil vatios mediante el envío de energía a través de la brecha de 12 centímetros, estábamos simplemente exultantes”, dijo Afridi. “Hubo muchos chocantes ese día”.
Fuente: Agencia SINC / University of Colorado Boulder
