La energía inalámbrica podría revolucionar el transporte por carretera

Un equipo de investigación de la Universidad de Stanford ha diseñado un sistema de carga de alta eficiencia que utiliza campos magnéticos para transmitir de forma inalámbrica grandes corrientes eléctricas entre bobinas de metal colocadas a varios metros de distancia. El objetivo de la investigación a largo plazo es el desarrollo de una carretera totalmente eléctrica que carga de forma inalámbrica los coches y camiones a medida que circulan por el camino.

La nueva tecnología tiene el potencial de aumentar drásticamente la autonomía de los vehículos eléctricos y, finalmente, transformar  el viaje por carretera, según los investigadores. Sus resultados se publican en las revista Applied Physics Letters (APL).

“Nuestra visión es que usted será capaz de conducir en cualquier carretera y cargar el coche”, dijo Shanhui Fan, profesor asociado de ingeniería eléctrica. “El despliegue a gran escala  implica la modernización de la red de autopistas completa e incluso podría tener aplicaciones más allá de transporte”.

Campo de prácticas

Un sistema de carga inalámbrica solventaría  una desventaja importante  de los coches eléctricos plug-in – su  tiempo de conducción limitado. El nuevo eléctrico de Nissan, por ejemplo,  recorre menos de 200 km con una sola carga, y la batería tarda varias horas para recargarse por completo.

Un sistema de autocarga que supere estas limitaciones. “Lo que hace este interesante concepto es que potencialmente podría conducir una cantidad ilimitada de tiempo sin tener que recargar”, dijo el coautor del estudio, Richard Sassoon, Stanford Global Climate and Energy Project (GCEP), que financió la investigación. “En realidad, podría tener más energía almacenada en su batería al final de su viaje que con la que se comenzó.”

La transferencia de energía inalámbrica se basa en una tecnología llamada de acoplamiento por resonancia magnética. Dos bobinas de cobre se sintonizan para resonar a la misma frecuencia natural – como dos copas de vino que vibran cuando una nota específica se canta. Las bobinas se colocan unos metros de distancia. Una bobina está conectada a una corriente eléctrica, que genera un campo magnético que  induce a la segunda bobina a resonar. Esto da como resultado de la resonancia magnética,  la transferencia invisible de energía eléctrica a través del aire de la primera bobina a la bobina receptora. “La transferencia inalámbrica de energía sólo se producirá si los dos resonadores están en sintonía”, señaló Fan. “Los objetos sintonizados a diferentes frecuencias no se verá afectados.”

En 2007, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts utilizaron resonancia magnética para encender una bombilla de 60 watios. El experimento demostró que la energía podría ser transferida entre dos bobinas estacionarias, incluso cuando  seres humanos y otros obstáculos se colocaran en el medio.

“En el experimento del MIT, el campo magnético parecía no tener ningún impacto en las personas que se encontraban entre las bobinas,” dijo Fan. “Eso es muy importante en términos de seguridad.”

Carga inalámbrica

Los investigadores del MIT han creado una empresa spin-off que  está desarrollando un sistema de carga fija inalámbrica capaz de transferir unos tres kilowatios de energía eléctrica a un vehículo estacionado en un garaje o en la calle.

Fan y sus colegas se preguntaron si el sistema del MIT podría ser modificado para transferir 10 kilowatios de energía eléctrica a una distancia de 6.5 metros – suficiente para cargar un vehículo en movimiento a velocidades de autopista. La batería del coche que proporciona un impulso adicional para la aceleración o la conducción cuesta arriba.

He aquí cómo el sistema podría funcionar: Una serie de bobinas conectadas a una corriente eléctrica estaría incorporada en la carretera. Bobinas receptoras unidas a la parte inferior del coche resonarían cuando se desplazan los vehículos a lo largo de la vía, creando campos magnéticos que continuamente llevarían a la transferencia de electricidad para cargar la batería.

Para determinar la forma más eficiente para transmitir 10 kW de potencia para un coche de verdad, el equipo de Stanford creó  modelos informáticos de los sistemas con placas de metal agregado a la bobina del diseño básico.

“El asfalto de la carretera, probablemente tendría poco efecto, pero los elementos metálicos en el cuerpo del coche pueden alterar drásticamente los campos electromagnéticos”, explicó Fan. “Por eso hicimos el estudio APL para averiguar el esquema de transferencia óptima si están presentes objetos metálicos de gran tamaño”

El uso de simulaciones matemáticas, investigadores postdoctorales Xiaofang Yu y Sunil Sandhu encontrado la respuesta: Una bobina dobladas en un ángulo de 90 grados y unido a una placa de metal puede transferir 10 kilovatios de energía eléctrica a una bobina de idéntica 6,5 ??metros de distancia.

“Eso es lo suficientemente rápido para mantener una velocidad constante”, dijo Fan. “Para cargar la batería del coche en realidad se requieren arreglos de las bobinas incrustadas en la carretera. Este esquema de transferencia inalámbrica tiene una eficiencia del 97 por ciento.”

El futuro inalámbrico

Fan y sus colegas recientemente presentó una solicitud de patente para su sistema inalámbrico. El siguiente paso es probarlo en el laboratorio y, finalmente, probar en condiciones reales de conducción. “Puede muy fiable utilizar estas simulaciones de computadora para predecir cómo un dispositivo real se comportaría”, dijo Fan.

Los investigadores también quieren asegurarse de que el sistema no afectará a los conductores, pasajeros o las decenas de microcomputadoras que las operaciones de vehículos de dirección de control, navegación, aire acondicionado y otros.

“Tenemos que determinar muy pronto  que no se haga daño a las personas, los animales, la electrónica del coche o las tarjetas de crédito en su billetera”, dijo Sven Beiker, director ejecutivo del Centro de Investigación Automotriz en Stanford (CARS). Aunque una eficiencia de transferencia de energía del 97 por ciento es extremadamente alta, Beiker y sus colegas quieren estar seguros de que el tres por ciento restante se pierde como calor y no como la radiación potencialmente dañina.

Algunos expertos prevén un sistema de transporte automatizado de la carretera donde los vehículos eléctricos sin conductor se cargan de forma inalámbrica con energía solar u otras fuentes de energía renovables. El objetivo sería reducir los accidentes y mejorar dramáticamente el flujo de tráfico al tiempo que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero.

Beiker, quien es coautor del estudio APL, dijo que la tecnología inalámbrica podría algún día ayudar a la navegación GPS de los coches sin conductor. “El GPS  te dice dónde se encuentra en el planeta, pero para mayor seguridad, usted quiere asegurarse de que su coche está en el centro de la pista.” En el sistema propuesto, los campos magnéticos también podría ser utilizado para controlar la dirección, explicó. Puesto que las bobinas estarían en el centro del carril, podrían proporcionar un posicionamiento muy preciso sin ningún coste extra.

Los investigadores también han comenzado las conversaciones con Michael Lepech, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental, para estudiar el diseño óptimo de los transmisores de firme y determinar si los metales y otras barras de refuerzo en el pavimento reducen la eficiencia.

“Tenemos la oportunidad de repensar la forma en que la energía eléctrica se entrega a nuestros coches, casas y trabajo”, dijo Fan. “Estamos acostumbrados a pensar en la entrega de potencia en función de los cables y conectar las cosas en la pared. Imagina que en lugar de cables y enchufes, puede transferir  la energía a través del vacío. Nuestro trabajo es un paso en esa dirección”.

Fuente: EurekAlert!