Santiago Iván Alfaro Herrera Mayo 12, 2019

UnADM

Energías Inalámbricas

2

Marco Teoríco

Introducción:

Empecemos con las preguntas mas importantes ¿Qué son las energías

Inalámbricas?

Es un método de transferencia de energía y consiste en la transmisión de potencia

eléctrica desde una fuente de alimentación hasta una carga de consumo sin la

necesidad de un medio material o conductor eléctrico. Es un término genérico

utilizado para referirse a un distinto número de tecnologías de transmisión de

energía que usan una variable de tiempo de campo electromagnético.

¿Qué beneficios tiene la energía inalámbrica?

La transmisión inalámbrica es útil para los dispositivos de potencial eléctrico en

casos en donde la utilización de cables es inconveniente, peligrosa, o no es posible.

En la transmisión inalámbrica de energía, un dispositivo emisor conectado a una

fuente de potencia, tal como una fuente de electricidad doméstica, transmite energía

por un campo electromagnético a través de un espacio intermedio a uno o más

dispositivos receptores, donde es convertida de vuelta a energía eléctrica y utilizada.

Como buen ejemplo tenemos la siguiente situación, la cual es el foco de atención

de un servidor:

La energia solar (fotovoltaica) se empleó para proveer de electricidad a los satélites

en la decada de los 50’s. En la actualidad se usa para proveer energía desde uso

domestico hasta industrial. Al ser una fuente la cual tiene un impacto minimo en el

medio ambiente cada vez es mas explotada y las investigaciónes nunca se

detienen, pero ¿y si realmente hay una forma de explotar aun más esta fuente y

reducir el impacto ambiental?

Lanzar un satelite al espacio el cual se encargue de producir energia solar a escalas

masivas suena bastante descabellado con la tecnologia actual, el problema esta en

como hacer que dicha energía se transfiera desde la exosfera hasta alguna planta

de distribución energetica que la comparta a una ciudad. Debido a que no se puede

3

usar un cable de 200km desde la planta hasta dicho satelite, y tampoco se pueden

estar transportando celdas de energía continuamente ya que el gasto y daño

atmosferico seria contraproducente, la unica opción que tenemos es dispararla de

forma inalambrica desde el espacio exterior hasta una planta receptora. En terminos

mas sencillos, energia inalambrica.

La eneregía inalámbrica ya es una realidad desde finales del 2014 funciona así: un

“Resonador Fuente”; una bobina de cables eléctricos que genera un campo

magnético cuando se adhiere energía. Si otra bobina se pone cerca, una carga

eléctrica puede generarse en esta. No se necesitan cables.

“La idea de eliminar cables nos permitiría rediseñar cosas en formas que nunca

hemos pensado, que solo va a hacer que nuestros dispositivos y todo con lo que

interactuamos sea mucho más eficiente, más práctico y quizá incluso dará

funcionalidad nueva”.(Katie Hall, 2014)

4

Antecedentes:

Nikola Tesla

(Smiljan, actual Croacia, 1856 - Nueva York, 1943) Físico estadounidense de origen

serbio. Estudió en las universidades de Graz (Austria) y Praga. Después de haber

trabajado en varias industrias eléctricas en París y en Budapest, se trasladó a

Estados Unidos (1884), donde trabajó a las órdenes de Thomas A. Edison, entonces

partidario de la corriente eléctrica continua.

En 1891 Tesla inventó la bobina que lleva su nombre, que consiste en un

trasformador que consta de un núcleo de aire y con espirales primaria y secundaria

en resonancia paralela. Con esta bobina fue capaz de crear un campo de alta

tensión y alta frecuencia. Dos años después descubrió el fenómeno de carácter

ondulatorio denominado "luz de Tesla" en las corrientes alternas de alta tensión y

alta frecuencia; mediante el estudio de estas corrientes, observó que las lámparas

de incandescencia de un único polo emiten luz cuando se las aproxima a un

conductor por el que pasa corriente eléctrica, y que los tubos de vidrio vacíos brillan

aunque carezcan de electrodo si se les conecta por uno de sus extremos y se

aproxima el otro a un conductor por el que fluye corriente de alta frecuencia.

También se percató de que el cuerpo humano es capaz de conducir estas corrientes

de alta frecuencia sin experimentar daño alguno.

Posiblemente, si viviera, Tesla sería el único ser humano que no tendría en la parte

trasera de su escritorio un gurruño de cables correspondientes al ordenador, la

impresora, el escáner, los altavoces, etc. Y por dos razones: él nunca habría

tolerado tal desorden y, sin duda, todos sus aparatos estarían siempre cargados sin

5

necesidad de cables. De hecho, la electricidad inalámbrica, es decir, la capacidad

para transmitir energía eléctrica sin necesidad de cable alguno, fue uno de sus

sueños más obsesivos y persistentes a lo largo de su vida (y eso que tuvo unos

cuantos).

Para Tesla, que recordemos fue la primera persona en patentar un dispositivo

manejado a distancia por control remoto, era cuestión de tiempo lograr no solo dirigir

objetos a distancia, sino también poder alimentarlos eléctricamente, sin necesidad

de estar anclados a un enchufe o a una batería. Pero algo debió fallar en la

predicción de Tesla porque más de cien años después – en plena era de la

comunicación inalámbrica – debemos seguir enchufando nuestros dispositivos a la

red eléctrica o contar con un buen número de pilas o con una batería de larga

duración si queremos que estos tengan vida más allá del cable. Pero, ¿por qué?,

¿por qué tenemos radio, control remoto, televisión vía satélite, Internet por wireless,

etcétera, y no tenemos electricidad inalámbrica?, ¿por qué no existe la Wi-tri-ci-

dad?

Pues en realidad la witricidad sí que existe, y de hecho incluso se comercializa,

aunque de momento su alcance se limita a entornos pequeños como puedan ser el

hogar y la oficina.

6

La Inducción electromagnética

Descubierta por Faraday, es un fenómeno que refleja la íntima relación entre la

electricidad y el magnetismo y que se halla muy presente en nuestras vidas.

Supongamos que tenemos un cable conductor por el que hacemos pasar una

corriente eléctrica. 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.

Si ahora acercamos lo suficiente una segunda bobina como para que quede inmersa

en dicho campo magnético variable, observaremos que se genera en ella una

corriente eléctrica.

Este fenómeno es la base de muchísimos componentes eléctricos, como los

transformadores, además de estar en una gran diversidad de pequeñas

aplicaciones cuasi-inalámbricas como los cepillos de dientes eléctricos, o esos

cargadores de móviles o reproductores mp3 en los que no es necesario conectar un

cable al dispositivo.

7

La resonancia

Fenómenos espectaculares (y también clásicos) de resonancia los podemos ver en

la copa que se rompe en mil pedazos ante la nota de una soprano (en este caso es

la frecuencia del sonido la que coincide con la frecuencia de resonancia de la copa)

o en puentes que se balancean como si fueran de mantequilla ante una pequeña –

pero adecuadamente modulada – brisa.

Prácticamente cualquier sistema físico – desde un puente hasta nuestros átomos –

se caracteriza por una o varias frecuencias de resonancia naturales, es decir,

frecuencias a las que son especialmente receptivos para absorber energía, y esto

es lo que emplearon los investigadores del MIT para transferir corriente eléctrica de

manera inalámbrica.

Para ello, ajustaron la frecuencia del campo magnético inductor para que fuera

similar a las frecuencias de resonancia naturales de ambas bobinas. Con esto

lograban que la transferencia de energía eléctrica se hiciera óptima, hasta el punto

de que no era necesario un campo magnético muy intenso para inducir corriente

eléctrica de la bobina primaria a la secundaria, y además, era posible separar ambas

bobinas varios metros sin que decayera la corriente eléctrica inducida.

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

8

apenas interacciona con el organismo, y no se ve afectado por ningún obstáculo

que se interponga en su camino.

Tesla y la Witricidad

Sí, Tesla ya había logrado la witricidad. De hecho, le era tan común que la empleaba

en muchas de sus exhibiciones públicas donde asombraba a propios y extraños

iluminando la estancia con lámparas que parecían encenderse por arte de magia,

tal vez con la esperanza de cazar algún socio inversor.

Pero el método seguido por Tesla era muy diferente al propuesto por los

investigadores del MIT. Tesla empleaba otro fenómeno eléctrico, el acoplamiento

electroestático, para literalmente electrificar toda la habitación. El mismo cuenta

como disponía dos placas conductoras separadas una pequeña distancia. Cada

placa estaba conectada a sendos extremos de una bobina conductora por la cual

Tesla hacía pasar una corriente eléctrica alterna de alta frecuencia. En sus propias

palabras: “[…]una vez conectado[…]podías pasear un tubo de vacío por toda la

habitación que, incluso a una cierta distancia, permanecía siempre i luminado”

(Martin, T. C., & Tesla, N. (1894).

Para él, tanto este sistema como el que años después desarrollarían los

investigadores del MIT, no era la autentica electricidad inalámbrica. ¿Por qué?

Porque tanto en un caso como en otro seguimos necesitando un enchufe donde

conectar nuestro generador de witricidad. Es decir, seguimos necesitando largos

cables que afeen nuestro paisaje para transportar la electricidad desde donde se

produce – ya sea una central hidroeléctrica o una central nuclear – hasta nuestro

hogar e industria. Tesla iba más allá. Pretendía transportar la energía eléctrica

desde donde se genera hasta cualquier punto del planeta sin uno solo cable – y ,

según dice, de manera gratuita -. Una auténtica witricidad a escala global. Este fue

el gran sueño de su vida y el que le destruyó.

9

.

10

Bases Teoricas:

La energía inalámbrica ha sido tema de estudio desde finales del siglo XIX hasta la

actualidad, el principal representante de este tema fue Nikola Tesla, quien en 1891

desarrolló, inventó y pantetó el circuito de bobina que lleva su nombre.

En la transmisión de energía desde el espacio se usarían (todavía no existe)

paneles solares donde la radiación solar es un 35% superior a la terrestre. Estos

paneles transforman la energía del Sol en energía eléctrica, la cual se transforma

en energía de microondas de baja intensidad y es enviada a la Tierra donde una

antena de rectificación (rectenna) la recoge y la vuelve a transformar en

electricidad.(Domingo, G. & Domingo, F.)

“En este trabajo de investigación hemos buscado y experimentado sobre varios

campos al mismo tiempo, pero principalmente nos hemos centrado en la

transferencia de energía inalámbrica mediante diversos métodos, todos muy

parecidos entre ellos y con varios aspectos y fundamentos en común,

especialmente el efecto Tesla. Concretamente hemos realizado 3 prácticas, en las

cuales se demuestran dicho efecto, excepto la segunda práctica por la que hemos

querido demostrar el efecto de los electroimanes, en otras palabras un motor

eléctrico.

La motivación principal y el porqué de la realización de este proyecto, han sido las

ganas de conocer con mayor profundidad la causa del efecto Tesla y sus resultados,

concretamente, en una de las prácticas realizadas en este proyecto, la Bobina Tesla

llamada así por su inventor, Nikola Tesla”( Fuente, J. & Pedrola, A. 2019)

“Simplemente ya no pensamos en eso: voy a manejar mi automóvil a casa y nunca

voy a tener que ir a la gasolinera y nunca voy a tener que conectarlo.

Ni siquiera puedo imaginar cómo cambiarán las cosas cuando vivamos así.

La idea de eliminar cables nos permitiría rediseñar cosas en formas que nunca

hemos pensado, que solo va a hacer que nuestros dispositivos y todo con lo que

11

interactuamos sea mucho más eficiente, más práctico y quizá incluso dará

funcionalidad nueva”.(Hall, K. 2014)

El reto ahora es aumentar la distancia en la que la energía puede transferirse

eficientemente. Esta distancia; explica Hall, está vinculada con el tamaño de la

bobina, y Witricity quiere perfeccionar las mismas transferencias de larga distancia

a dispositivos de escala pequeña de hoy en día.

Por esta razón, el equipo tiene grandes esperanzas para su nueva creación:

baterías AA que se recargan inalámbricamente (CNNEspañol, 2014).

“La torre Wardenclyffe

Sin embargo, mi bobina era mucho más que un simple generador de rayos para

espectáculos nocturnos. Mi bobina era, nada menos, que el pilar sobre el que

pretendía sustentar el desarrollo de una de mis ideas más grandiosas: la transmisión

de la electricidad sin hilos, que habría permitido a toda la Humanidad disfrutar de

los beneficios de la energía sin coste alguno. La base sobre la que debía apoyarse

este proyecto eran las torres de transmisión, en cuyo prototipo trabajé durante

cuatro años en mis laboratorios Wardenclyffe, en Long Island. La torre Wardenclyffe

era básicamente una bobina de Tesla gigante, de casi sesenta metros de altura,

que elevaba la tensión de la corriente alterna a cientos de miles de voltios. Allí

demostré sobradamente que la transmisión de energía sin cables no solo era una

posibilidad, sino una realidad. No en vano conseguí encender decenas de bombillas

que previamente mis ayudantes y yo mismo habíamos enterrado parcialmente en el

terreno circundante. Las bombillas, sin utilizar cables ni ningún tipo de conector, se

iluminaban aprovechando simplemente la diferencia de potencial entre el suelo y el

aire ionizado por la alta tensión creada en la cúspide de la estructura. Un éxito

rotundo, sí. Pero la torre no se limitaba a eso, porque desde ella también planeaba

enviar señales electromagnéticas para la transmisión gratuita de voz, de música,

incluso de imágenes… Sí, habría sido maravilloso, y, sin embargo… ¿Que por qué

abandoné este ambicioso proyecto? No, no. No fui yo. Yo seguía teniendo ideas y

12

desbordando ilusión, pero parece que mi patrocinador, el banquero J. P. Morgan,

no estaba en la misma onda, si me permiten el juego de palabras. Yo seguía

teniendo ideas, sí, pero él dejó de financiarme y, por muy elevados que sean los

motivos que nos mueven, solo con ideas no se pueden levantar torres de sesenta

metros. Cuando Marconi realizó la primera transmisión de radio transatlántica,

usando por cierto más de diez de mis patentes, creo que Morgan tuvo la sensación

de que habíamos perdido una batalla, a pesar de que yo ni siquiera sabía que

estábamos en guerra. O, tal vez, se dio cuenta de que la transmisión de energía

gratis no iba a reportarle ningún beneficio. El caso es que dejó de financiar mis

experimentos, y la torre finalmente fue derribada durante la Primera Guerra Mundial,

porque, según me dijeron, dificultaba el despliegue de los globos cautivos. Valiente

tontería.” (Los inventos, Tesla, N., Encontrado 1943)

Tesla estuvo a nada de crear energía inalámbrica para todos, aunque, posiblemente

el campo electromagnético por el acoplamiento electroestático habría terminado

cargándonos a todos de estática en el mejor de los casos.

Sin embargo, el fundo la base de la tecnología inalámbrica – no solo la electricidad

– gracias a sus esfuerzos hoy podemos disfrutar de algunos beneficios como son

las telecomunicaciones, pero, considero yo, que en un futuro será posible que un

satélite disipare una carga electromagnética a una central de transformación

eléctrica y desde esta se genere una señal adicional que provea de electricidad sin

uso de cables a todos los equipos, hogares, edificios e industrias, o yendo un poco

más lejos, equipos médicos introducidos al cuerpo como marcapasos, prótesis

robóticas, monitores médicos, etc.

Aunque de momento el foco de atención en el tema es proporcionar energía

totalmente limpia e inagotable aprovechando todo aquello que se pierde en el vacío

espacial lejos de nuestro planeta.

13

Referencias:

Desconocido. (Desconocido). ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. mayo 12, 2019,

de ACCIONA Sitio web: https://www.acciona.com/es/energias-renovables/energia-

solar/fotovoltaica/

Desconocido. (noviembre, 14, 2018). Transmisión inalámbrica de energía. mayo 09,

2019, de Wikipedia Sitio web:

https://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_inal%C3%A1mbrica_de_energ%

C3%ADa

Desconocido. (abril, 22, 2014). La electricidad inalámbrica ya es una realidad. mayo

09, 2019, de CNNEspañol.com Sitio web:

https://cnnespanol.cnn.com/2014/04/22/la-electricidad-inalambrica-ya-es-una-

realidad/#0

Biografias y Vida. (Desconocido). Nikola Tesla. Mayo 09, 2019, de

Biografiasyvidas.com Sitio web:

https://www.biografiasyvidas.com/biografia/t/tesla.htm

Sector Electricidad. (septiembre, 28, 2014). Tesla y la electricidad inalámbrica – La

Witricidad. mayo 09, 2019, de Sector Electricidad Sitio web:

http://www.sectorelectricidad.com/9817/tesla-y-la-electricidad-inalambrica-la-

witricidad/

Fuente, J. & Pedrola, A.. (diciembre 09, 2013). La electricidad inalámbrica.

Desconocido: Desconocido.

Domingo, G. & Domingo, F. (Desconocido). Transmisión Inalámbrica de Energía

Eléctrica. mayo 09, 2019, de ElOrigendelHombre.com Sitio web:

http://www.elorigendelhombre.com/transmision%20inalambrica.html

Sector Electricidad. (septiembre, 28, 2014). Tesla y la electricidad inalámbrica – La

Witricidad. mayo 09, 2019, de Sector Electricidad Sitio web:

http://www.sectorelectricidad.com/9817/tesla-y-la-electricidad-inalambrica-la-

witricidad/

14

Desconocido. (diciembre 21, 2014). Transmisión Inalámbrica de Energía

Eléctrica[Vídeo]. mayo 09, 2019, de Muy Facíl de Hacer Sitio web:

https://www.youtube.com/watch?v=T75V9hHXwNs 

Desconocido. (2014). Energía Inalámbrica. mayo 09, 2019, de Ordenadores y

portátiles Sitio web: http://www.ordenadores-y-portatiles.com/energia-

inalambrica.html

Porcel, F. M.. (enero, 2010). Desarrollo tecnológico en la historia de la humanidad:

inventores e inventos. Tesla y las centrales hidroeléctricas.. csif.es, 26, pp. 2-10.

Desconocido. (Desconocido). Los Inventos. mayo 09, 2019, de teslablog Sitio web:

http://teslablog.iaa.es/los-inventos