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

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

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

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.

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

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.

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.