Transmitindo energia elétrica sem fio

Imagine recarregar os aparelhos eletrônicos sem ligar na tomada. A tecnologia de transmitir energia elétrica sem fio já existe e é o assunto deste post.

Origem

O primeiro a transmitir energia elétrica sem fio foi Nikola Tesla. Em 1893, Tesla demonstrou a transmissão sem fio acendendo lâmpadas fosforescentes. Em 1899, ele acendeu 200 lâmpadas e um motor a uma distância de 40 km. Este é um sistema de transmissão de energia usando uma frequência de ressonância. Foi patenteado em 15 de Maio de 1900.

energia elétrica sem fio de Tesla — No lado esquerdo, a energia era produzida pelo gerador G. O lado direito é o receptor, ao receber energia sem fio, lâmpadas L eram acesas e os motores M eram acionados. As esferas D e D’ funcionavam como placas de um capacitor aberto. Fonte: Worldtruth.tv.

Energia sem fio — O aparato no Museu Técnico Nikola Tesla de Zagreb, Croácia.

Fiz uma série de posts sobre este museu, onde há muitas coisas legais e interessantes.

Museu Técnico Nikola Tesla de ZagrebClique aqui para acessar todas as partes

Carregamento indutivo

Este método de carregamento usa o mesmo princípio da indução eletromagnética aplicado nos transformadores. No lado transmissor, um circuito gerador de corrente alternada (Transmitter) alimenta a bobina de transmissão feita de cobre, esta produz um campo magnético alternado. Este campo induz uma tensão alternada na bobina receptora de cobre, a tensão passa por um retificador (Receiver) e é estabilizada para alimentar a carga (Load) com corrente contínua (CC).

O carregamento indutivo já é aplicado para carregar aparelhos eletrônicos como escovas de dente elétricas e smartphones.

Carregamento indutivo para celulares — Fonte: Tenpire.

energia elétrica sem fio para CE — Os carros elétricos serão os maiores beneficiados com esta tecnologia. Estes carregadores podem ser instalados em estacionamentos. Porém, aumentará a demanda por energia elétrica. Fonte: CleanTechnica.

A densidade do fluxo magnético $B$ em um ponto no centro de uma bobina achatada circular:

$B=\frac{\mu _{o}NiR^2}{2(R^{2}+x^{2})^{3/2}}$

$\mu _{o}$ é a constante de permeabilidade magnética no vácuo, cujo valor é $1,26\cdot 10^{-6} H/m$ .
$i$ , a corrente elétrica.
$R$ , o raio da bobina.
$N$ , o número de espiras.
$x$ , a distância entre o ponto e o indutor.

O carregamento indutivo só funciona para curtas distâncias. Para obter maior eficiência, as bobinas devem ser fortemente acopladas (Z menor do que D) e operarem abaixo da frequência de ressonância. Se operarem na frequência de ressonância, a eficiência cairá devido à geração de calor. A frequência de ressonância será assunto para um futuro post.

acoplamento de indutores — À esquerda, indutores fortemente acoplados, Z menor que D. À direita, indutores fracamente acoplados, Z igual ou maior que D. Fonte: Android Authority.

Transmissão de energia elétrica sem fio por laser

Para longas distâncias, estão sendo pesquisados meios de transmitir energia elétrica por laser. O receptor tem uma célula fotovoltaica monocromática, que converte a luz do laser em CC. Se necessário, passa por um inversor para se tornar CA.

Drone movido a laser — Um aeromodelo da NASA alimentado por laser, com painéis fotovoltaicos. Fonte: (Shu, 2011).

A transmissão por laser tem boa diretividade, menor dispersão e não interfere com outras ondas eletromagnéticas usadas em rádio, Wi-Fi, etc. É necessário um sistema de controle automático para saber a posição do receptor em relação ao transmissor em tempo real. Satélites poderão receber energia solar do espaço, onde a intensidade é maior pois não há perdas pela absorção e reflexão atmosféricas e, transmitir para a Terra por feixes de laser.