Transmitindo Energia Sem Fio. Nicola Tesla Estava Certo? (ART3000)

No início do século passado Tesla propôs que a energia poderia ser transmitida para qualquer parte do mundo sem fio, usando ondas ou então suas enormes máquinas de raios. Tesla chegou mesmo a iniciar a construção de um enorme emissor experimental, que nunca foi concluído. No entanto, com os progressos tecnológicos hoje já voltamos a falar em energia sem fio, se bem que os desafios a serem enfrentados sejam muitos.

A ideia de Nicola Tesla era de que os fios poderiam ser abolidos e a energia seria transmitida através do espaço. Para isso Nicola Tesla começou a trabalhar em diversos projetos com esta finalidades, destacando-se um enorme emissor que opera com alta tensão (bobina de Tesla), conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1- O emissor de energia de Tesla
Figura 1- O emissor de energia de Tesla

 

A ideia de Tesla que hoje é denominada Wireless Power Transfer ou WPT volta a tona com sua aplicação ainda a curta distância em aplicações diretas como a carga de bateria de celulares e de outros eletroeletrônicos.

A transmissão de energia pelo espaço tem problemas enormes a serem superados.

O primeiro deles é a dispersão da energia. Se pensarmos, por exemplo, no uso da luz para a transmissão, verificamos que ela se dispersa e a poucos metros do emissor, a quantidade captada já se reduz muito.

O mesmo ocorrer com as ondas de rádio, por exemplo, um feixe de micro-ondas.

O LASER é uma possibilidade, mas enfrenta-se o perigo de que um feixe de alta energia possa ser inadvertidamente cortado por uma pessoa ou um veículo e com isso ocorrer um desastre.

Para curtas distâncias, que é por onde devemos começar, existe a possibilidade de um acoplamento capacitivo e mais eficientemente, um acoplamento indutivo.

É o princípio de funcionamento dos carregadores de celulares que descrevemos no TEL102.

O princípio de funcionamento é o mesmo do transformador.

Temos uma bobina no carregador que transmite um sinal, uma corrente de média frequência, e no celular ou outro dispositivo a ser carregado uma segunda bobina que funciona como o secundário do transformador, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Transmissor indutivo
Figura 2 – Transmissor indutivo

 

No entanto, a grande dispersão da energia que ocorre pelo espalhamento das linhas de forma do campo do transmissor faz com que o sistema só tenha rendimento a muito curta distância.

O celular, ou outro dispositivo a ser carregado deve ficar muito próximo da bobina do carregador, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3 – Posicionamento
Figura 3 – Posicionamento

 

Considerando que inicialmente os sistemas indutivos e capacitivos são os mais apropriados para as aplicações práticas podemos elaborar uma tabela de características.

Carga de baterias em equipamentos portáteis, smartcardsCarga de veículos elétricos, implantes.

Tecnologia Alcance Diretividade Frequência Antena Aplicações atuais e futuras
Acoplamento indutivo Pequeno Baixa Hz – MHz Bobinas Eletroeletrônicos e aquecimento industrial
Acoplamento indutivo ressonante Médio Baixa kHz – GHz Bobinas sintonizadas Carga de baterias em eletroeletrônicos RFID e smartcards
Acoplamento capacitivo Pequeno Baixa kHz – MHz Electrodos  
Acoplasmento Magnetodinâmico Pequeno N.A. Hz Ímãs Rotativos  
Micro-ondas Longo Alta GHz Antenas Parabólicas Alimentação por e de satélites, drones.
Luz Longo Alta ?THz Lasers, Fotocélulas e Lentes Drones, aeronaves, satélites

Na figura 4 temos um circuito típico de carregador sem fio na parte receptora.

 

Figura 4 – O receptor
Figura 4 – O receptor

 

 

Desafios

A ideia da remoção direta dos fios já começa a ter uma adoção maior nos telefones celulares que logo vão deixar de usar fios de conexão para esta finalidade.

A maioria dos modelos novos de celulares já possuem os recursos de carga sem fio, bastando apoiá-los no carregador.

No próprio carro, o carregador conectado à tomada de cigarros já começa a ser eliminado com o simples aopio do celular no local da carga, conforme mostra a figura 5.

 

Figura 5 – Carregador sem fio para o carro.
Figura 5 – Carregador sem fio para o carro.

 

No entanto, alguns problemas devem ser superados ao se pensar num carregador sem fio num ambiente ruidoso como o carro.

Um deles é a interferência (EMC) que pode ocorrer e afetar o desempenho do circuito. Além disso, o próprio circuito do transmissor de energia produz radiação que pode afetar circuitos do carro.

Outro problema é a variação de temperatura que, dentro de um carro atinge valores elevados.

No entanto, tudo isso já tem soluções e os fios vão sendo eliminados até o dia em que se tornarem coisa do passado.

 

 


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