Pesquisadores conseguem transferir energia sem fio a um objeto não estático

O mecanismo poderá abrir caminho para o desenvolvimento de carros elétricos com maior autonomia

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postado em 26/06/2017 06:00

Os carros elétricos ainda têm algumas desvantagens em relação aos modelos movidos a combustíveis fósseis, embora o abismo entre eles esteja cada vez menor. Um dos modelos mais famosos, o Model S, da Tesla, consegue percorrer cerca de 540 quilômetros com uma única carga, dependendo das condições climáticas e de outros fatores. Um dos desafios, porém, é o tempo de recarga. Quando feita em casa, segundo a fabricante, uma hora de carga pode gerar até 83 quilômetros de autonomia. Se feita em postos especializados, gera até 272 quilômetros em meia hora. Ainda assim, é um tempo bastante longo, se comparado aos poucos minutos gastos para se abastecer um carro com gasolina.


Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, fizeram um avanço na área de transmissão sem fio de energia que poderá abrir portas para que carros elétricos — e outros dispositivos — possam ser carregados em movimento. Até o momento, não era possível carregar um alvo móvel sem que houvesse constantes ajustes manuais no sistema. Os cientistas mantiveram acesa uma luz de LED não recorrendo a esses complicadores.


Eles criaram um sistema que usa peças comuns de circuitos elétricos para ajustar automaticamente o sinal utilizado para a transferência de energia. Isso permite que a carga ocorra sem perda de eficiência, em uma faixa de distância específica. Detalhada neste mês na revista Nature, a descoberta, mesmo em estágio inicial, pode possibilitar que carros elétricos sejam carregados em movimentos nas próprias estradas.

Upgrade simples

A transferência sem fio de energia em distâncias médias, como a desenvolvida pelos pesquisadores, é baseada no fenômeno chamado acoplamento eletromagnético. Quando a eletricidade passa por uma série de fios enrolados em uma bobina, cria-se um campo magnético, que faz com que elétrons em outro dispositivo próximo também oscilem, criando uma corrente elétrica no mesmo.


“Em um sistema convencional, onde são geradas ondas de rádio em uma frequência predeterminada, surge um problema ao selecionar a frequência ideal, que depende, de forma um tanto sensível, da distância e da posição relativa entre o transmissor e o receptor”, diz Sid Assawaworrarit, principal autor do estudo. “Se a distância muda, a eficiência cai, limitando o uso dessa transferência de energia apenas para alvos parados.”
Os pesquisadores contornaram esse problema ao adicionar um amplificador de voltagem ao circuito. O dispositivo ajusta automaticamente a frequência das ondas eletromagnéticas emitidas de acordo com a distância entre o emissor de energia e o receptor. Por exemplo, quanto mais longe o dispositivo a ser carregado estiver da fonte de energia, maior deve ser a frequência das ondas, e vice-versa.


Os autores demonstraram a descoberta construindo duas bobinas circulares unidas por um bastão de madeira. Em uma delas, estava conectado um transmissor de energia. Em outra, havia uma lâmpada LED ligada a um circuito. Desde que estivesse a até um metro de distância do transmissor, a lâmpada se mantinha acesa com brilho constante, mesmo em movimento. Em um sistema comum, o brilho do LED diminuiria.

Novas estradas


O estudo desbanca uma das limitações da transferência sem fio de energia, que anteriormente só era possível para objetos estacionários. Segundo os autores, o trabalho pode abrir caminho para veículos elétricos mais eficientes. “Em teoria, você poderia dirigir por tempo ilimitado sem ter que parar para recarregar”, ressaltou, em comunicado, Shanhui Fan, também participante do artigo. “A esperança é que você possa recarregar o seu carro enquanto estiver na estrada. Uma bobina na parte inferior do veículo receberia energia de uma série de bobinas instaladas nas vias.”


Para isso ser viável, porém, seria necessário mudar a forma como as estradas são construídas. “Você precisaria eletrificar a rodovia, o que incluiria instalar transmissores abaixo da superfície e também levar energia até eles. Essas seriam as mudanças necessárias na infraestrutura”, afirma Sid.


Como a distância da transmissão de energia é relativamente pequena, também seria preciso instalar muitas bobinas na estrada. Assim, quando o carro passasse por um transmissor, sua bateria seria recarregada por uma pequena quantidade de energia enquanto eles estivessem próximos. Um grande número dessas recargas ao longo do caminho seria suficiente para que o veículo pudesse viajar sem precisar de paradas.“A eficiência permaneceria alta para todas as velocidades normalmente encontradas, por exemplo, a velocidade de um carro”, disse Sid.

 

"A esperança é que você possa recarregar o seu carro enquanto estiver na estrada. Uma bobina na parte inferior do veículo receberia energia de uma série de bobinas instaladas
nas vias" - Shanhui Fan, pesquisador participante do estudo

 

Aplicações diversas

 

Segundo os criadores, a solução criada para recarregar carros elétricos em movimento poderá ser usada para carregar praticamente qualquer dispositivo a distância, desde celulares e outros aparelhos móveis, passando por equipamentos médicos — inclusive marca-passos e outros dispositivos que ficam dentro do corpo.


A transferência de energia sem fio, porém, não é algo muito novo. Algumas escovas de dentes elétricas usavam essa tecnologia no começo dos anos de 1990. Mas esses dispositivos precisam ficar muito próximos à sua fonte. No caso dessas primeiras escovas, elas ficavam em contato direto com o seu carregador. O mesmo vale para modelos de celulares, como o Nexus 7, e o Galaxy 4, ambos de 2013.


A demonstração realizada no trabalho da Universidade de Stanford usou uma quantidade muito pequena de energia, de apenas 1 milliwatt, resultando em um sistema construído de forma bastante simples, apenas para demonstrar o conceito. Ainda assim, é considerado pelos criadores como um primeiro e pequeno passo na direção da maior autonomia em procedimento de recarga.


O amplificador usado, por exemplo, tem apenas 10% de eficiência, sendo que é possível encontrar peças desse tipo com 90%. “Além de melhorar o amplificador, estamos interessados em generalizar o conceito para configurações mais complexas, envolvendo ganho e perda para, por exemplo, permitir uma transferência robusta a um dispositivo móvel em uma grande área”, contou Sid Assawaworrarit, principal autor do estudo. (VC)

* Estagiário sob a supervisão de Carmen Souza

 

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