Es posible que algún día los vehículos eléctricos puedan recargarse mientras conducen por la carretera, obteniendo energía inalámbrica directamente de las placas instaladas en la carretera que permitirían conducir cientos, si no miles, de millas sin tener que enchufar.Si bien la idea puede parecer ciencia ficción, los ingenieros de la Universidad de Colorado en Boulder están trabajando para acercarla a la realidad.
"Nos gustaría permitir que los vehículos eléctricos se carguen sobre la marcha", dijo Khurram Afridi, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética de CU Boulder.
Durante los últimos dos años, Afridi y sus colegas han desarrollado una prueba de concepto para la transferencia de energía inalámbrica que transfiere energía eléctrica a través de campos eléctricos a frecuencias muy altas. La capacidad de enviar grandes cantidades de energía a través de una mayor distancia física al movimientoLas plataformas de placas de carga de bajo costo podrían algún día permitir que la tecnología se expanda más allá de los pequeños productos electrónicos de consumo como los teléfonos celulares y comience a alimentar cosas más grandes como los automóviles.
Actualmente, la mayoría de los vehículos eléctricos pueden viajar entre 100 y 250 millas con una sola carga, dependiendo de la marca y el modelo. Pero las estaciones de carga aún son pocas y distantes en gran parte del país, lo que requiere que los conductores sean estratégicos en sus viajes.Ese problema podría desaparecer con esta tecnología, dijo Afridi.
"En una carretera, podría tener un carril dedicado a la carga", dijo Afridi, y agregó que un vehículo podría simplemente viajar en ese carril cuando necesitara un impulso de energía y, como resultado, podría llevar una batería a bordo más pequeña, lo que reduce elcosto del vehículo. Hoy en día, algunos dispositivos de consumo pequeños cuentan con transferencia de energía inalámbrica, que permite que el objeto extraiga energía mientras está acostado sobre una almohadilla especialmente diseñada que se conecta a un tomacorriente.
Replicar esta capacidad para un automóvil en movimiento es mucho más difícil, ya que requiere que se envíe significativamente más energía a través de una distancia física mayor desde la carretera hasta el vehículo. Un automóvil que viaja a velocidades de autopista no se demoraría en una sola plataforma de carga por másde una fracción de segundo, por lo que las almohadillas tendrían que colocarse cada pocos metros para proporcionar una carga continua. Para resolver el problema en movimiento, Afridi tuvo que pensar de manera diferente sobre la metodología. Cargar un teléfono inteligente solo requiere cinco vatios de potencia.Una computadora portátil puede necesitar 100 vatios, pero un vehículo eléctrico en movimiento requiere decenas de kilovatios de potencia, dos órdenes de magnitud más.
La mayoría de las investigaciones sobre tecnología de energía inalámbrica hasta la fecha se han centrado en la transferencia de energía a través de campos magnéticos, el llamado enfoque inductivo. Los campos magnéticos, a niveles de fuerza apropiados para una transferencia de energía sustancial, son más fáciles de generar que los campos eléctricos equivalentes.Los campos viajan en un patrón de bucle, lo que requiere el uso de ferritas frágiles y con pérdidas para mantener los campos y la energía dirigidos, lo que resulta en un sistema costoso. Los campos eléctricos, por el contrario, viajan naturalmente en líneas relativamente rectas. Afridi quería aprovecharla naturaleza más dirigida de los campos eléctricos para su innovación y reducir sustancialmente el costo del sistema.
El desafío de usar campos eléctricos para la transferencia de energía inalámbrica, el enfoque capacitivo, es que el gran espacio de aire entre la carretera y el vehículo eléctrico da como resultado una capacitancia muy pequeña a través de la cual se debe transferir la energía.
"Todo el mundo decía que no es posible transferir tanta energía a través de una capacitancia tan pequeña", dijo Afridi. "Pero pensamos: ¿Qué pasa si aumentamos la frecuencia de los campos eléctricos?"
En su laboratorio, Afridi y sus estudiantes colocaron placas de metal paralelas entre sí, separadas por 12 centímetros. Las dos placas inferiores representan las placas transmisoras dentro de la calzada, mientras que las dos placas superiores representan las placas receptoras dentro del vehículo. Cuando Afridiacciona un interruptor, la energía se transmite desde las placas inferiores. Al instante, la bombilla sobre las placas superiores se enciende: transmisión de potencia sin necesidad de cables. El dispositivo ha mejorado constantemente hasta el punto en que puede transmitir kilovatios de potencia a una escala de megaherciosfrecuencias.
"Cuando rompimos la barrera de los mil vatios enviando energía a través de la brecha de 12 centímetros, estábamos emocionados", dijo Afridi. "Hubo muchos choques de manos ese día".
Afridi planea continuar desarrollando el prototipo y escalarlo para posibles aplicaciones del mundo real. Ha recibido fondos de la división ARPA-E del Departamento de Energía y el apoyo de un premio CAREER de la National Science Foundation. Una subvención inicial reciente de Colorado EnergyResearch Collaboratory, otorgado a Afridi en asociación con la Universidad Estatal de Colorado y NREL, le permitirá explorar la viabilidad y optimización del sistema en movimiento.
A corto plazo, Afridi prevé que la tecnología se adapte para el uso del almacén. Los robots de almacén y los montacargas automatizados, por ejemplo, podrían moverse a lo largo de áreas habilitadas para la transferencia de energía inalámbrica y nunca necesitar estar enchufados, eliminando el tiempo de inactividad y aumentando la productividad.La tecnología también podría adaptarse para su uso en proyectos de transporte de próxima generación como Hyperloop, un sistema propuesto que podría llevar pasajeros de Los Ángeles a San Francisco en 30 minutos.
El advenimiento de una autopista eléctrica aún está muy lejos en el horizonte e inevitablemente enfrentará muchos obstáculos, tanto tecnológicos como sociales. "Como científico, te sientes desafiado por cosas que la gente te dice que son imposibles de hacer", dijo Afridi.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Original escrito por Trent Knoss. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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