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WiTricity

Conceito


  • O que é? 
   WiTricity é o nome dado por Dave Gerding em 2005, para se referir a transmissão de energia sem fio. Esse nome ganhou notoriedade após a realização projeto de pesquisadores do MIT, liderados por Martin Soljačić, devido aos bons resultados obtidos.  A tecnologia se baseia em conhecimentos antigos desenvolvidos por Nikola Tesla no início do século XIX, que tem por princípio a indução eletromagnética.
   Basicamente são feitos dois circuitos: um transmissor e um receptor. O circuito transmissor é responsável por gerar um campo eletromagnético, que induzirá uma corrente na carga a ser acionada, presente no circuito receptor. 
   Nota-se que a tecnologia se difere da transmissão de energia sem fio utilizada na área das telecomunicações, pela grande diferença de potência a ser transferida entre dois sistemas.
  • Porque é interessante? 
   A tecnologia é extremamente interessante caso se consiga aplicá-la sem perdas significativas de potência por dissipação, através dos campos eletromagnéticos. Uma vez que atualmente têm-se diversos aparelhos elétricos que utilizam baterias, estes poderiam estar sempre em funcionamento, caso estivessem próximos a um circuito transmissor, garantindo assim mais mobilidade e comodidade. Neste caso, se incluem tablets, notebooks, celulares, entre vários outros dispositivos eletrônicos. 
   Entretanto, os benefícios não se aplicariam apenas a esses aparelhos. Carros elétricos seriam constantemente abastecidos de cargas, não sendo necessário estarem conectados diretamente a nenhuma rede elétrica. Em perspectivas mais futuristas, cidades inteiras poderiam ser abastecidas, sem possuírem nenhuma unidade geradora de energia elétrica por perto.
  • Quais as características marcantes? 
   Em qualquer circuito básico em que se pretenda obter os efeitos do princípio da tecnologia WiTricity, existirão (tanto no circuito receptor como no transmissor) indutores (bobinas) e capacitores, além das resistências presentes na fonte de alimentação e na carga acionada. 
   Ambos os circuitos se baseiam no acoplamento magnético, que refere ao modo como as bobinas estão ligadas, ou seja, a força de interação entre elas. Essa força de interação é fortemente relacionada com a distância de separação entre as bobinas, bem como na frequência emitida pelo circuito gerador.
   Como não se consegue direcionar o campo eletromagnético gerado diretamente para a carga, perdas por dissipação do campo no ar são grandes, caso as bobinas estejam a distâncias relativamente altas (na escala da aplicação da tecnologia) as quais dependendo da complexidade do circuito podem ser de até mesmo 20 cm.
   Contudo, pesquisas recentes vêm conseguindo atenuar esse problema através de circuitos ressonantes. Estes seriam circuitos intermediários ao gerador e ao receptor, com o objetivo de aumentar o acoplamento magnético. Isso é possível a partir do momento em que se utilizam frequências ressonantes em todo o circuito, diminuindo a dissipação de potência pelo ar.
  • Como está o Brasil neste segmento? 
   No Brasil ainda não se tem projetos concretos na área, porém pesquisas relevantes estão sendo realizadas nos meios universitários do país, as quais poderão futuramente contribuir para a aplicação da tecnologia.


Projeto 1 - Pesquisas pioneiras do século XXI


Funcionamento


  • Como funciona? 
   Um grupo de pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology - MIT (liderados pelo professor Dr. Marin Soljačić), em 2006, investigaram a viabilidade de usar um dos modos eletromagnéticos ressonantes para a transferência não-irradiante de energia sem fios. Os pesquisadores, ao buscarem uma forma eficiente de transmissão, demonstraram o acendimento de uma lâmpada de 60W, dentro de um alcance de 2 metros e obtiveram uma eficiência de 40%. Para isso, utilizaram duas bobinas de cobre (sem conexão física entre elas) com raio de 30 cm cada, sendo uma bobina emissora, colocada junto a uma fonte de potência calibrada com sinal senoidal com frequência em torno de 10 MHz e uma bobina receptora. A lâmpada acendeu com o uso do modo eletromagnético ressonante proposto.
   Em 2009, Imura e coautores em um projeto similar ao proposto pelo grupo do professor Dr. Marin Soljačić, desenvolveram um sistema pra transmissão de energia sem fios com objetivo de carregar carros elétricos. A eficiência obtida foi de 65% a uma distância de 28 cm. Esta eficiência decaia abaixo de 20% para uma distância da ordem de 40 cm. O sistema operava na faixa de cerca de 15,9 MHz e apresentava bobinas com 5 enrolamentos no emissor e no receptor, com raio de 15 cm cada. Porém, em 2011, Sample e coautores, ao realizar experimentos com 4 bobinas, sendo o sistema transmissor contendo 2 bobinas e o receptor contendo 2 bobinas também, obtiveram eficiências de 76% e 50%, a distâncias de 55 cm e 1 metro, respectivamente. O sistema operava na faixa de 7,95 MHz e apresentava bobinas com 6 enrolamentos no emissor e no receptor, com raio de 29,5 cm cada.



Aplicações


  • Em qual situação pode ser usado?
   Como citado no modo de funcionamento, as pesquisas buscam as mais diversas aplicações. Todas possuem objetivos comuns, que são desenvolver métodos de transmissão de energia sem fio com o maior rendimento possível, evitando perdas de energia. Essas pesquisas inspiraram outros projetos que atualmente já desenvolveram vários protótipos com elevada eficiência, tais como carregadores de eletrônicos e acionamentos de cargas (como TV's e lâmpadas), ambos sem o uso de fios conectando a fonte de energia com a carga.


Visão


  • Imagem representando o tema:


Projeto 2 - Criação pela ©WiTricity Corporation


Funcionamento


  • Como funciona? 
   A ©WiTricity Corporation detém a patente sobre a tecnologia de transmissão de energia com base no que é chamado de “Highly Resonant Wireless Power Transfer (HRWPT)”. O princípio de funcionamento tem características importantes dos conhecimentos concebidos por Nikola Tesla no final do século XIX bem como nas recentes pesquisas de A. Karalis, J.D. Joannopoulos, e M. Soljacic no MIT. Resumidamente a tecnologia funciona da seguinte forma: 
   Uma fonte de corrente alternada irá alimentar as fontes de ressonância, que garantem maior alcance e eficiência da tecnologia. Entretanto, antes das fontes de ressonância existem conversores de corrente alternada para contínua, e os amplificadores de radiofrequência para fazer o sinal DC variar de acordo com a oscilação que se deseja do campo magnético que será emitido pela bobina da fonte. Isso garante que o circuito inteiro funcione numa frequência natural dos componentes, fazendo com que haja uma maior força de acoplamento entre as bobinas da fonte e da carga. Com o acoplamento das bobinas, a energia será transmitida para a carga, porém antes dessa ação, o sinal de alta frequência é retificado para corrente contínua novamente. Também existem circuitos que realizam o casamento de impedância, tanto da fonte com o amplificador de alta frequência, como da carga com o retificador de corrente.


Aplicações


  • Em qual situação pode ser usado?
   Pode ser utilizado nas diversas situações corriqueiras do dia-a-dia. Pelo fato da empresa ©WiTricity Corporation possuir diversas áreas de atuação, suas aplicações variam desde o carregamento de baterias de carros elétricos, como o acendimento de lâmpadas ou carregamento de eletrônicos em geral. Um diferencial na tecnologia utilizada pela corporação é a mobilidade, pois as cargas acionadas não necessitam estar extremamente próximas à fonte de ressonância, ou em uma posição fixa, garantindo extrema comodidade.


Visão


  • Imagem representando o tema



Projeto 3 - “The Tesla’s planetary research program”


Funcionamento


  • Como funciona? 
   “The Tesla’s planetary research program” é um projeto ousado e bastante futurístico que visa extinguir problemas na transmissão de energia pelo mundo. A ideia se baseia sobretudo nos conhecimentos deixados por Nikola Tesla que tinha por sonho transmitir de um único ponto, energia elétrica para qualquer lugar do mundo. Tesla tinha um projeto (o qual possui patente em seu nome através do artigo “Apparatus for transmitting electrical energy”) de construção de uma torre, que seria uma bobina gigante, que seria capaz de elevar tanto a tensão elétrica que passaria por ela, que o campo magnético criado seria tão grande, a ponto de transmitir energia elétrica para qualquer parte do planeta. 
   As ideias de Tesla não chegaram a ser concretizadas, mas os cientistas Leonid e Sergey Plekhanov, ambos formados do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT), pensam em dar continuidade às ideias do final do século XIX. 
   Usando de novas tecnologias disponíveis, os cientistas pretendem utilizar o projeto de Tesla, porém utilizando torres (que seriam as bobinas) espalhadas por locais estratégicos pelo mundo, que induziriam um elevado campo magnético em uma frequência altíssima, utilizando a Ionosfera para conduzir esse campo, criando uma rede elétrica sem fio, com fortíssima interação, pelo mundo todo. 
   Segundo os cientistas, já se possuem tecnologia suficiente para implementar esse projeto, porém o custo é razoavelmente alto. “The Tesla’s planetary research program” ainda está em processo de arrecadação, onde os cientistas esperam doações de todo o mundo para a execução do programa.
   Segundo os irmãos Plekhanov, “apenas” 39 mil quilômetros quadrados de painéis solares podem fornecer eletricidade suficiente para satisfazer todas as necessidades elétricas globais. Basicamente, seria necessário um terreno (quadrado) com aproximadamente 322 km de todos os lados, para fornecer energia elétrica suficiente, para abastecer o mundo inteiro. Dessa forma, eles acreditam que com esse advento, o mundo inteiro poderá usufruir de energia limpa e gratuita.



Aplicações


  • Em qual situação pode ser usado?
   Caso o projeto se torne realidade, a tecnologia seria utilizada no mundo inteiro, o tempo todo. Carros elétricos, aparelhos eletrônicos, indústrias, e tudo que se necessita de energia elétrica para seu funcionamento, teriam suas funções executadas através de uma energia gratuita, limpa e de extrema comodidade – aparelhos que necessitam de realimentação de baterias poderão ter o seu funcionamento de modo ininterrupto.


Visão


  • Imagem representando o tema

https://www.youtube.com/watch?v=jS3Iapy9oTM

Software


  • Onde o software se enquadra nesta tecnologia?
   O software está presente na tecnologia de transmissão de energia sem fio ("WiTricity") de duas formas: no uso da simulação dos circuitos elétricos, bem como no controle de potência recebidas pelas cargas durante a aplicação da tecnologia. A primeira situação envolve diretamente as pesquisas científicas, que procuram prever através da simulação de circuitos se os resultados serão favoráveis, já no segundo caso, o envolvimento do software diz respeito ao controle das fontes de potência sem fio que alimentam cargas distintas ao mesmo tempo, estas que podem, por exemplo, aceitar ou não o recebimento de energia, situação que ocorre quando se deseja ou não carregar a bateria de um smartphone através dessas fontes.


Referências


Disponível em “http://3.143.69.156/wiki/index.php?title=WiTricity&oldid=35908”