Hoy, una revolución en la ciencia ha revivido la extraordinaria idea de Tesla, que alguna vez se consideró una quimera y las perspectivas son increíblemente atractivas.
bobina de Tesla
Tesla Coil es un transformador resonante eléctrico. Generador de RF para generación de alta tensión, accionando un transformador a bajas corrientes. La bobina funciona según el principio de inducción electromagnética: un conductor se coloca en un campo magnético cambiante y genera un voltaje a través del conductor. Tesla está realizando demostraciones que muestran cómo se puede usar una bobina para alimentar de forma inalámbrica bombillas incandescentes que están a varios metros de distancia.
Incluso para los estándares modernos, Tesla se adelantó a su tiempo. Pero sus ambiciones fueron más allá del prototipo de bobina de Tesla. Imaginó un mundo en el que toda la humanidad podría tener electricidad barata o incluso gratuita. Traspasó los límites cuando dio vida a algo más funcional.
La Torre Wardenclyffe fue una estación de transmisión inalámbrica experimental construida para telecomunicaciones en todo el mundo.
Sin embargo, la principal obsesión de Tesla era la transmisión inalámbrica de energía. Recibió financiación para construir la torre, ocultándola como torre de telecomunicaciones. Ya ha demostrado que las señales de alta frecuencia se pueden transmitir de forma inalámbrica utilizando transformadores de bobina Tesla.
Otros experimentos secretos en su laboratorio lo convencieron de que podía transmitir electricidad utilizando las capas superiores de la atmósfera terrestre. La Torre Wardenclyffe fue el prototipo de lo que Tesla imaginó como una red de torres que abarcan todo el mundo y reciben acceso inalámbrico remoto a la energía desde una estación central.
El plan de Tesla era generar electricidad a partir de una mina de carbón cercana y enviarla alrededor del mundo usando una torre, al igual que las ondas de radio se transmiten de forma inalámbrica a largas distancias. En una entrevista con The American Magazine, Tesla capturó su visión con estas vívidas palabras:
“La energía puede ser, y será, de forma inalámbrica en un futuro cercano, para todos los propósitos comerciales, como iluminar hogares y controlar aviones.” Descubrí los principios básicos y todo lo que queda es desarrollarlos comercialmente. Cuando eso esté hecho, puedes ir a cualquier parte. punto del mundo - a la cima de una montaña con vista a su granja, el Ártico o el desierto - e instale un pequeño dispositivo que le dará calor para cocinar y luz para leer ".
Desafortunadamente, las ambiciones desenfrenadas de Tesla nunca vieron la luz del día. El camino se cerró después de que J.P. Morgan cortó la financiación del proyecto y Tesla quebró. La torre sin terminar fue demolida en 1917 para cumplir con algunas de las obligaciones financieras de Tesla. Hasta ahora, el concepto de energía inalámbrica ha estado enterrado bajo los escombros de las restricciones burocráticas, políticas y financieras.
Electricidad inalámbrica hoy en día
Han pasado más de 100 años desde el colapso de las esperanzas. Varias empresas están entrando ahora en el mercado con tecnologías que pueden transmitir energía de forma segura por el aire. Emrod , una startup respaldada por el gobierno de Nueva Zelanda, lidera la carrera contra las expectativas de los consumidores al ser la primera en el mundo en implementar transmisión inalámbrica de alta potencia y larga distancia de energía para reemplazar la tecnología de cable de cobre existente.
Esta tecnología utiliza ondas electromagnéticas para transmitir energía de forma inalámbrica a largas distancias. La energía es convertida por la antena transmisora en radiación electromagnética, capturada por la antena receptora (rectenna) y luego distribuida localmente usando métodos tradicionales. El sistema Emrod consta de cuatro componentes: una fuente de alimentación, una antena de transmisión, un relé de transmisión y una recepción de recepción.
Modelo esquemático del sistema de teleenergía Emrod
Primero, una antena transmisora convierte la electricidad en energía de microondas y concentra la electricidad en un haz cilíndrico. El haz de microondas se envía a través de una serie de traductores hasta que golpea la rectenna, que convierte el haz de nuevo en energía eléctrica. Simple, ¿verdad?
Lo mismo sucede en cualquier sistema de radio, pero en una radio, la cantidad de energía que llega al receptor puede ser minúscula; atrapar unos pocos picowatts es todo lo que se necesita para entregar una señal clara.
Por el contrario, lo más importante es la cantidad de energía inalámbrica limpia. La parte resultante de la energía transferida se convierte en un parámetro de diseño clave, por lo que es necesario desarrollar formas efectivas de minimizar las pérdidas.
Emrod encontró una forma de resolver este problema. Adoptamos las ideas del radar y la óptica. En comparación con los intentos anteriores de energía inalámbrica alimentada por microondas, Emrod utiliza metamateriales (en relés) para enfocar la radiación transmitida más de cerca.
Las pérdidas de energía durante esta transmisión se minimizan. El CEO de Emrod dice que su sistema opera con una eficiencia del 70%, que es menos eficiente que los cables de cobre, pero en algunos casos el sistema sigue siendo rentable. La compañía planea mejorar la eficiencia energética en el futuro.
En particular, la tecnología es confiable ya que no se ve afectada por el clima o las condiciones atmosféricas, por lo que los cortes de energía inesperados son cosa del pasado.
Una de las áreas de preocupación es la cuestión de la seguridad. El haz electromagnético de Emrod opera a frecuencias clasificadas como ISM: haces industriales, científicos y médicos que son inofensivos para la salud humana.
Hasta ahora, la startup busca entregar energía a comunidades fuera de la red o transferir energía de fuentes en alta mar.
Perspectivas de la electricidad inalámbrica
Se puede argumentar que la electricidad inalámbrica es uno de esos inventos que no son necesarios para nosotros. Después de todo, ya estamos transmitiendo electricidad y funciona muy bien. Pero esto está lejos de ser el caso. Los costos ocultos de la transmisión de energía tradicional son extremadamente altos.
Las líneas eléctricas son costosas de instalar y mantener, sin mencionar las restricciones geográficas sobre la extensión de las redes eléctricas a áreas remotas. Los barcos en el mar, los vehículos eléctricos o los aviones pueden repostar mientras están en movimiento. El enfoque de Emrod resolvería el problema del alcance, especialmente para las tarifas eléctricas comerciales propuestas.
Pero quizás la mayor revolución sea el cambio mundial hacia energías renovables limpias y baratas. Puedes comprender la escala usando dos hechos.
1. Transmisión remota de energía solar
Según las estadísticas mundiales de energía , el consumo total de energía en el mundo en 2019 fue de 13 mil millones de toneladas de petróleo equivalente (MTOE). En otras palabras, esto es 17.3 teravatios de potencia.
Hoy, si cubrimos una parcela de 350 km por 350 km con paneles solares, esto puede dar más de 17,4 TW de potencia. El área mencionada es de aproximadamente 43,000 millas cuadradas. El Gran Sahara tiene aproximadamente 3.6 millones de millas cuadradas y más de 12 horas de luz diurna, lo que significa energía.
Esto significa que el 1,2% del desierto es suficiente para satisfacer las necesidades energéticas del mundo. Y ni la fusión nuclear ni ninguna otra fuente de energía actualmente en desarrollo pueden competir con eso.
¿Qué pasa si la electricidad inalámbrica se convierte en una realidad, usamos una pequeña parte del Sahara para recolectar energía solar y transmitirla por todo el mundo sin la necesidad de costosos cables de cobre? ¿No será esto un gran avance en la solución de los problemas de la crisis energética, la contaminación ambiental y el cambio climático?
2. Energía solar espacial
Células solares gigantes que recolectan energía solar en el espacio y la transmiten a la Tierra parece una loca escena de película de ciencia ficción.
Desarrollada conceptualmente por el científico ruso Konstantin Tsiolkovsky en la década de 1920, la idea de la energía solar espacial se ha mantenido en gran medida esquiva. Pero todo esta cambiando. Hace unos meses, la Agencia Espacial Europea anunció su plan para financiar la energía solar espacial como un medio para abordar el cambio climático promoviendo la producción de energía verde.
Un sistema de energía solar basado en el espacio proporcionará energía limpia a todos, en todas partes.
La energía solar espacial utilizará el concepto de electricidad inalámbrica. El plan es convertir la electricidad de los paneles solares en ondas de energía y utilizar el campo electromagnético para transmitirla a una antena en la superficie de la Tierra. Luego, la antena vuelve a convertir las ondas en electricidad.
Gracias a varias ventajas, la CSP es una solución atractiva a la inminente crisis energética, que generará más energía:
- Siempre es mediodía soleado en el espacio. Los paneles solares terrestres están limitados por la luz del día y las condiciones climáticas.
- Los paneles solares pueden recibir luz solar más intensa debido a la ausencia de obstrucciones de gases atmosféricos, nubes, polvo y otras condiciones climáticas. La atmósfera de la Tierra generalmente absorbe y refleja parte de la luz solar.
- El satélite de energía solar se puede iluminar las 24 horas del día, los siete días de la semana. Hoy, la energía solar se recolecta durante un promedio del 29% del día.
- Los alimentos se pueden redirigir rápidamente a las áreas que más los necesitan.
No hace falta decir que CSE aún enfrenta numerosos obstáculos, el mayor de los cuales es el costo de lanzamiento y despliegue de enormes paneles solares. Actualmente se están explorando nuevos métodos de fabricación, como la impresión 3D de células solares ultraligeras.
Electricidad inalámbrica: el sueño de Tesla y nuestra realidad futura
Aprovechando el enorme potencial de la electricidad inalámbrica, nuestra generación tiene mucho que ganar y nada que perder. En los años venideros, solo podemos esperar que los esfuerzos actuales para realizar esta hazaña épica den resultados positivos. Lamentablemente, Nikola Tesla, el gran inventor, no está con nosotros para que pueda ver su sueño hecho realidad. Me complace compartir una de las citas famosas de Tesla, una gran fuente de inspiración para los científicos en ciernes de todo el mundo:
"Si quieres descubrir los secretos del universo, piénsalo en términos de energía, frecuencia y vibración".
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