Energía inalámbrica en carreteras para coches eléctricos

Se podría recargar con energía inalámbrica los coches eléctricos
Se podría recargar con energía inalámbrica los coches eléctricos

Un nuevo sistema de energía inalámbrica podría ayudar a las personas a evitar el inevitable lío de cables enredados y ofrecer una forma más eficiente de cargar vehículos eléctricos en movimiento, de acuerdo con un nuevo estudio.

Los investigadores de la Universidad de Stanford adaptaron un concepto de la física cuántica para producir un cargador de energía inalámbrica que hace algo que otros cargadores inalámbricos no pueden: ajustar automáticamente la frecuencia de la onda de radio -el medio que transfiere la energía- para tener en cuenta los cambios en la distancia entre el panel de carga y el dispositivo. En un experimento, el equipo demostró que su sistema de energía inalámbrica transfirió potencia con un 100 por ciento de eficiencia hasta aproximadamente 70 centímetros.

“El campo es perfecto para los coches eléctricos”, dijo Sid Assawaworrarit, un doctorado en ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford. “El piso de un automóvil está a unos 20 centímetros de la superficie de la carretera, se podría incrustar el panel de carga debajo de la superficie de la carretera”.

Assawaworrarit y sus colegas informaron de su investigación en un estudio publicado en línea el 14 de junio en la revista Nature.

Aunque ya existen otros dispositivos de carga inalámbrica, como los de los teléfonos, la eficiencia disminuye drásticamente si el dispositivo está demasiado cerca o demasiado lejos del cargador. Esto significa que un teléfono tiene que ser colocado encima de un panel de carga para trabajar mejor, y un coche eléctrico necesita ser estacionado directamente sobre del panel para recargar eficientemente. Como tal, los dispositivos electrónicos todavía están atados, aunque invisiblemente, a su fuente de energía, según Assawaworrarit.

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El problema radica en el diseño de estos sistemas de energía inalámbrica. Por lo general, consisten en una fuente, que es el panel de carga, y un receptor, que podría ser un teléfono o un coche eléctrico.

En la fuente, se generan ondas de radio de cierta frecuencia para excitar electrones en una bobina de alambre, llamada inductor resonante. El receptor en el teléfono o el coche eléctrico también tiene un inductor resonante hecho de una bobina de alambres. Cuando los dos inductores se ponen cerca uno del otro, la energía se acopla desde la fuente al receptor. En el receptor, un componente llamado rectificador convierte la energía de las ondas de radio en energía eléctrica utilizable para el teléfono o el automóvil.

Encontrar la frecuencia óptima para las ondas de radio depende de la sensibilidad del equipo, la distancia entre la fuente y el receptor y su orientación entre sí.

Una vez que se encuentra la frecuencia óptima, las desviaciones a las variables utilizadas para establecerlo, como cambiar la distancia entre la fuente y el receptor, reducen la eficiencia de la transferencia. Assawaworrarit dijo que un circuito de sintonía puede ser construido, en teoría, para ajustar la frecuencia, pero el diseño es complicado y limita la velocidad con la que el dispositivo puede moverse en relación con el panel de carga.

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Assawaworrarit y su equipo crearon un sistema de energía inalámbrica que no utiliza una fuente para ondas de radio, ni requiere un circuito de sintonización. También funciona incluso si la distancia entre las bobinas resonantes fluctúa, dijeron los científicos.

Los investigadores lograron esto aprovechando un concepto de la mecánica cuántica llamado simetría paridad-tiempo, o simetría PT para abreviar. Al igual que otros conceptos del campo de la ciencia cuántica, es peculiar, pero los sistemas construidos a partir de ella tienen partes dispuestas simétricamente que absorben la energía electromagnética o la emiten.

En un análisis que acompaña el nuevo estudio publicado en la revista Nature, Geoffroy Lerosey, investigador del Instituto Langevin, CNRS y ESPCI París, escribió que la simetría paridad-tiempo puede trabajar para sintonizar diferentes longitudes de onda de luz desde un láser multimodo a un láser de single modo.

Aquí, Assawaworrarit y sus colegas simplificaron toda la instalación. Ellos construyeron un sistema de energía inalámbrica que tiene una fuente y receptor, al igual que en los sistemas convencionales. Pero en lugar de usar ondas de radio para excitar electrones en el inductor resonante, utilizaron un amplificador diseñado para amplificar la energía electromagnética en la bobina. El receptor tiene un inductor resonante y rectificador, al igual que en los sistemas convencionales, dijeron los investigadores.

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La física detrás de la simetría PT selecciona automáticamente la frecuencia de operación que dará lugar a una cantidad máxima de energía que se transfiere. Esto se logra dentro de decenas de microsegundos y el sistema, en su forma actual, puede acomodar distancias de poco más de 1 metro, limitado por el uso de acoplamiento de campo cercano, según el estudio.

“Sobre una gama de distancias, la física del PT es tal que las ganancias compensan las pérdidas”, dijo Assawaworrarit.

Aunque los investigadores probaron su idea de recarga de energía inalámbrica tanto en una simulación por computadora como en un experimento usando una luz LED, tardará algún tiempo en llegar a los consumidores, dijeron.

En su revisión, Lerosey indicó que el amplificador necesita ser optimizado, y también se preguntó si este concepto funcionaría si una bobina está fija y la otra se está moviendo, como sería el caso con un coche eléctrico que conduce sobre una carretera con paneles de carga de energía inalámbrica.

“Estas preguntas deben ser contestadas antes de que este hermosos concepto de recarga de energía inalámbrica pueda tener aplicaciones en la vida real”, escribió Lerosey. “Sin embargo, ya construye un puente inspirador entre los mundos de la física cuántica y la ingeniería”.

Acerca de Mauricio Robales 88 Articles
Co-fundador de Red Estrategia. Desarrollador en ClicAds.

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