Bobinas de cobre situadas en la carretera recargarán las baterías de los coches eléctricos, a su paso por la autovía. Fuente: Universidad de Stanford.
Científicos de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, han diseñado un sistema de carga eléctrica altamente eficiente que emplea campos magnéticos para transmitir corrientes eléctricas entre bobinas de metal separadas entre sí varios metros, sin utilizar ni un solo cable.
El objetivo a largo plazo de la investigación es aplicar este sistema de transferencia eléctrica sin cables a las carreteras. De esta forma, cuando los coches eléctricos circulen por las autovías, sus baterías se irán recargando, sin necesidad de que los vehículos se detengan.
Según publica la Universidad de Stanford en un comunicado, en un futuro, esta tecnología podría incrementar drásticamente la tasa de conducción de los vehículos eléctricos, así como transformar los viajes por autovía.
De este modo, podría resolverse uno de los problemas principales de los coches eléctricos: su autonomía limitada. Por lo general, estos vehículos pueden recorrer menos de 160 kilómetros después de cada recarga, y sus baterías tardan en volver a cargarse varias horas.
La posibilidad de recargarlas al mismo tiempo que se conduce superaría esta limitación, ya que permitiría conducir durante un periodo de tiempo indefinido, sin tener que detenerse. De hecho, al final de cada viaje, las baterías estarían más llenas que en el momento de la salida.
Tecnología de base
El sistema de transferencia de electricidad sin cables está basado en una tecnología conocida como acoplamiento de resonancia magnética, que consiste en sintonizar dos bobinas de cobre para que éstas resuenen a la misma frecuencia.
Las bobinas se colocan separadas una de otra, y una de ellas se conecta a una corriente eléctrica. Esto hace que se genere un campo magnético que, a su vez, ocasiona que la segunda bobina resuene con la primera.
La resonancia magnética entre ambas bobinas produce una transferencia invisible de electricidad a través del aire, desde la primera bobina hasta la bobina receptora. Dicha transferencia sólo se da entre los dos resonadores sintonizados, sin afectar a otros objetos, explican los científicos.
En 2007, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) utilizaron el acoplamiento de resonancia magnética para encender una bombilla de 60 vatios.
En los experimentos realizados, se demostró que la electricidad podía ser transferida entre dos bobinas fijas, separadas entre sí por una distancia de casi dos metros, incluso cuando se interponía entre ambas algún obstáculo.
El objetivo a largo plazo de la investigación es aplicar este sistema de transferencia eléctrica sin cables a las carreteras. De esta forma, cuando los coches eléctricos circulen por las autovías, sus baterías se irán recargando, sin necesidad de que los vehículos se detengan.
Según publica la Universidad de Stanford en un comunicado, en un futuro, esta tecnología podría incrementar drásticamente la tasa de conducción de los vehículos eléctricos, así como transformar los viajes por autovía.
De este modo, podría resolverse uno de los problemas principales de los coches eléctricos: su autonomía limitada. Por lo general, estos vehículos pueden recorrer menos de 160 kilómetros después de cada recarga, y sus baterías tardan en volver a cargarse varias horas.
La posibilidad de recargarlas al mismo tiempo que se conduce superaría esta limitación, ya que permitiría conducir durante un periodo de tiempo indefinido, sin tener que detenerse. De hecho, al final de cada viaje, las baterías estarían más llenas que en el momento de la salida.
Tecnología de base
El sistema de transferencia de electricidad sin cables está basado en una tecnología conocida como acoplamiento de resonancia magnética, que consiste en sintonizar dos bobinas de cobre para que éstas resuenen a la misma frecuencia.
Las bobinas se colocan separadas una de otra, y una de ellas se conecta a una corriente eléctrica. Esto hace que se genere un campo magnético que, a su vez, ocasiona que la segunda bobina resuene con la primera.
La resonancia magnética entre ambas bobinas produce una transferencia invisible de electricidad a través del aire, desde la primera bobina hasta la bobina receptora. Dicha transferencia sólo se da entre los dos resonadores sintonizados, sin afectar a otros objetos, explican los científicos.
En 2007, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) utilizaron el acoplamiento de resonancia magnética para encender una bombilla de 60 vatios.
En los experimentos realizados, se demostró que la electricidad podía ser transferida entre dos bobinas fijas, separadas entre sí por una distancia de casi dos metros, incluso cuando se interponía entre ambas algún obstáculo.
Asimismo, las pruebas constataron que los campos magnéticos no afectaban a las personas, aunque éstas se situaran en medio de las bobinas, lo que resulta importante en términos de seguridad.
Los investigadores del MIT crearon, después de estos hallazgos, la compañía WiTricity, que está desarrollando un sistema de recarga, capaz de transferir sin cable unos tres kilovatios de energía eléctrica a un vehículo aparcado en un garaje o en la calle.
Funcionamiento del sistema en carretera
Los autores del avance, el profesor de ingeniería eléctrica Shanhui Fan y sus colaboradores, se preguntaron si el sistema de los científicos del MIT podría modificarse para transferir hasta 10 kilovatios de electricidad, a una distancia también de casi dos metros, esto es, suficiente como para recargar un coche que se moviera a una velocidad normal por carretera.
El sistema funcionaría de la siguiente forma: una serie de bobinas conectadas a una corriente eléctrica serían incorporadas a la carretera. Las bobinas receptoras, situadas en la parte trasera de los coches, resonarían cuando los vehículos pasasen sobre las bobinas de la autovía. Entre ambas se generarían campos magnéticos que transferirían electricidad de manera continua, y que recargaría las baterías de los coches.
Para determinar la manera más eficiente de transmitir 10 kilowatios de energía a un coche real, los investigadores de Stanford han creado modelos informáticos de sistemas con placas metálicas acopladas al diseño básico de las bobinas.
“El asfalto de la carretera probablemente tendría poco efecto (sobre los campos magnéticos generados), pero los elementos metálicos del coche podrían perturbar drásticamente los campos electromagnéticos”, explica Fan. “Por eso hicimos este análisis, para averiguar el esquema de transferencia óptimo con la presencia de objetos metálicos grandes”.
Utilizando simulaciones matemáticas, los científicos descubrieron que una bobina con un ángulo de inclinación de 90 grados, acoplada a una placa de metal, podría transferir 10 kilowatios de energía eléctrica a una bobina idéntica, situada a 1,9 metros.
Para cargar las baterías de los coches que pasasen por las carreteras, por tanto, habría que incorporar filas de bobinas bajo éstas. Los científicos calculan que la eficiencia de la transferencia de electricidad de este sistema sería del 97%.
Transformar las fórmulas de suministro eléctrico
El siguiente paso que darán Fan y sus colaboradores será probar el sistema en laboratorio. Posteriormente, lo aplicarán a condiciones de conducción reales.
Los investigadores pretenden asegurarse de que esta fuente de electricidad no afectará a conductores y pasajeros o a los dispositivos electrónicos de los vehículos que se encargan de controlar, entre otros factores, el aire acondicionado o la dirección asistida.
Los científicos han comenzado asimismo a estudiar el diseño óptimo de los transmisores eléctricos de carretera, y a determinar si los metales utilizados como refuerzo en las autovías pudieran reducir la eficiencia eléctrica de la red de bobinas.
Según Fan: “Tenemos la oportunidad de repensar la forma de suministrar energía eléctrica a nuestros coches, casas y trabajo. Estamos acostumbrados a pensar en este tipo de suministro en términos de cables y de enchufes. Imagine que, en lugar de cables y enchufes, puede transferir electricidad a través del vacío. Nuestro trabajo es un paso en esa dirección”. Los resultados obtenidos en la investigación han aparecido detallados en la revista Applied Physics Letters (APL).
Los investigadores del MIT crearon, después de estos hallazgos, la compañía WiTricity, que está desarrollando un sistema de recarga, capaz de transferir sin cable unos tres kilovatios de energía eléctrica a un vehículo aparcado en un garaje o en la calle.
Funcionamiento del sistema en carretera
Los autores del avance, el profesor de ingeniería eléctrica Shanhui Fan y sus colaboradores, se preguntaron si el sistema de los científicos del MIT podría modificarse para transferir hasta 10 kilovatios de electricidad, a una distancia también de casi dos metros, esto es, suficiente como para recargar un coche que se moviera a una velocidad normal por carretera.
El sistema funcionaría de la siguiente forma: una serie de bobinas conectadas a una corriente eléctrica serían incorporadas a la carretera. Las bobinas receptoras, situadas en la parte trasera de los coches, resonarían cuando los vehículos pasasen sobre las bobinas de la autovía. Entre ambas se generarían campos magnéticos que transferirían electricidad de manera continua, y que recargaría las baterías de los coches.
Para determinar la manera más eficiente de transmitir 10 kilowatios de energía a un coche real, los investigadores de Stanford han creado modelos informáticos de sistemas con placas metálicas acopladas al diseño básico de las bobinas.
“El asfalto de la carretera probablemente tendría poco efecto (sobre los campos magnéticos generados), pero los elementos metálicos del coche podrían perturbar drásticamente los campos electromagnéticos”, explica Fan. “Por eso hicimos este análisis, para averiguar el esquema de transferencia óptimo con la presencia de objetos metálicos grandes”.
Utilizando simulaciones matemáticas, los científicos descubrieron que una bobina con un ángulo de inclinación de 90 grados, acoplada a una placa de metal, podría transferir 10 kilowatios de energía eléctrica a una bobina idéntica, situada a 1,9 metros.
Para cargar las baterías de los coches que pasasen por las carreteras, por tanto, habría que incorporar filas de bobinas bajo éstas. Los científicos calculan que la eficiencia de la transferencia de electricidad de este sistema sería del 97%.
Transformar las fórmulas de suministro eléctrico
El siguiente paso que darán Fan y sus colaboradores será probar el sistema en laboratorio. Posteriormente, lo aplicarán a condiciones de conducción reales.
Los investigadores pretenden asegurarse de que esta fuente de electricidad no afectará a conductores y pasajeros o a los dispositivos electrónicos de los vehículos que se encargan de controlar, entre otros factores, el aire acondicionado o la dirección asistida.
Los científicos han comenzado asimismo a estudiar el diseño óptimo de los transmisores eléctricos de carretera, y a determinar si los metales utilizados como refuerzo en las autovías pudieran reducir la eficiencia eléctrica de la red de bobinas.
Según Fan: “Tenemos la oportunidad de repensar la forma de suministrar energía eléctrica a nuestros coches, casas y trabajo. Estamos acostumbrados a pensar en este tipo de suministro en términos de cables y de enchufes. Imagine que, en lugar de cables y enchufes, puede transferir electricidad a través del vacío. Nuestro trabajo es un paso en esa dirección”. Los resultados obtenidos en la investigación han aparecido detallados en la revista Applied Physics Letters (APL).