Prototipo Para La Producción De Electricidad Inalámbrica Mediante La Construcción De Una Bobina Plana

Prototipo Para La Producción De Electricidad Inalámbrica Mediante La Construcción De Una Bobina Plana

Johnny Jácome, Brian Ruiz, Fernando Chávez, Christian Núñez Ingeniería Electrónica en Control y Redes Industriales,

 Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador-Riobamba

jonny_jacome@hotmail.com

brianruiz-1@hotmail.com

nando03_@hotmail.es

chrisalex.mdo@hotmail.com

Resumen

En el presente artículo se explica el proceso de diseño, implementación y pruebas de un sistema para transmitir energía eléctrica de forma inalámbrica y encender un LED mediante la construcción de una bobina plana, la cual se conectara con una resistencia de 470 ohms de 5 watts, un transistor TIP35C. El sistema de la bobina  genera un campo magnético  debido a una corriente que será proporcionado por una fuente de 12 voltios,  que fluirá por la bobina la cual  nos permitirá encender un LED con una bobina receptora  conectada al mismo,  únicamente acercándolo a la bobina plana, este se encenderá sin la necesidad de conectar con cables a  una fuente de poder. Cuando esta corriente deje de fluir, el campo magnético  desaparecerá. La dirección del campo magnético de la bobina plana la podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos dará la dirección exacta del campo.

Abstract

In this article the process of design, implementation and testing of a system for transmitting electricity wirelessly and an LED light through the construction of a flat coil, which was connected with a resistance of 470 ohms 5 watts explained, TIP35C transistor. The coil system produces a magnetic field due to a current that is supplied by a 12 volt supply, which will flow through the coil which will allow us to light a LED with a receiver coil connected thereto, only bringing it closer to the planar coil, this will light without the need to connect cables to a power source. When this current stops flowing, the magnetic field disappears. The direction of the magnetic field of the flat coil can determine the right-hand rule, which will give us the exact address of the field.

Palabras Claves

CAMPO ELÉCTRICO: es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas o flujo de electricidad.

CIRCUITO ELÉCTRICO: es un camino cerrado por donde circulan electrones. Éste camino está formado por cables y otros componentes eléctricos, como pilas, bombillas e interruptores.

COMBUSTIÓN: es una reacción química en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de calor y luz. Sin embargo el fenómeno puede manifestarse en forma muy lenta y no ir acompañado de un incremento de la temperatura que nosotros podamos percibir.

CONDENSADOR: es un elemento eléctrico con capacidad de almacenar carga eléctrica, formado generalmente por dos placas paralelas conductoras separadas por un material aislante que puede ser aire, mica, papel, etc,

CONDUCTOR ELÉCTRICO: es un elemento generalmente metálico, capaz de conducir la electricidad cuando es sometido a una diferencia de potencial eléctrico.

CORRIENTE ELÉCTRICA: la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz.

FUERZA ELECTROMOTRIZ: Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

1. INTRODUCCIÓN

La electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados, pues la corriente eléctrica manifiesta un efecto magnético.

El electromagnetismo abarca los fenómenos físicos que tienen que ver con el efecto de las cargas y corrientes eléctricas, y las fuerzas que resultan de estos fenómenos. En 1819, el físico y químico danés Hans Christian Oersted descubrió que una aguja imantada se desvía por la corriente que circula a través de un alambre, con lo que fundó el electromagnetismo.

En los años siguientes, aproximadamente a partir de 1822, el físico y químico británico Michael Faraday se ocupó del estudio del efecto contrario, es decir, la conversión del magnetismo en electricidad. En 1831 pudo demostrar las primeras pruebas, publicando sus trabajos bajo el concepto de "inducción electromagnética", trabajo que lo hizo famoso.

La inducción electromagnética, es el fenómeno por el cual se produce corriente en un conductor, debido a las variaciones del flujo magnético que la intercepta. Faraday hacia 1830 descubrió este fenómeno el cual se puede realizar por la acción de un imán o por la acción de una corriente.

La idea de la transferencia inalámbrica de energía es casi tan antigua como la generación de electricidad misma. A principios del siglo XX, Nikola Tesla propuso la utilización de grandes bobinas para transmitir electricidad a través de la ionosfera, construyendo una enorme torre de telecomunicaciones llamada Wardenclyffe Tower, que pondría a prueba su idea de transmisión de energía inalámbrica.

Se podría decir que la mejor manera de generar energía inalámbrica es la inducción magnética, la opción más atractiva para aplicaciones domésticas. Un campo magnético fluctuante que emana de una bobina puede inducir una corriente eléctrica cerca a otra bobina receptora. El problema es que la eficiencia es buena solo en contacto cercano. Pero desde hace tiempo se sabe que dicha transferencia de energía mecánica se mejora enormemente si los dos objetos están resonando en la misma frecuencia. Se cree que la misma idea podría mejorar la eficiencia de la inducción magnética a grandes distancias. Por lo que un equipo de físicos del MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts), ha desarrollado un sistema inalámbrico que puede transferir energía eléctrica a múltiples dispositivos electrónicos de forma simultánea llamado Witricity. El sistema, altamente eficiente, se basa en un acoplamiento mediante resonancia electromagnética, y podría implementarse empotrando una bobina en las paredes o el techo de cada habitación. Lograron demostrar que resulta más eficiente alimentar simultáneamente a varios dispositivos que a uno solo, siempre y cuando el sistema esté correctamente sintonizado.

El presente proyecto tiene como finalidad demostrar la eficiencia de la implementación de energía eléctrica inalámbrica para su uso cotidiano, ya sea doméstico como empresarial, así como optimizar el uso de la electricidad con la eliminación de cables de corriente eléctrica que son de vital importancia en electrodomésticos o cualquier dispositivo electrónico.

1. INTRODUCCIÓN A CAMPOS MAGNÉTICOS

Las fuerzas características de los imanes se denominan fuerzas magnéticas. El desarrollo de la física amplió el tipo de objetos que sufren y ejercen fuerzas magnéticas. Las corrientes eléctricas y, en general, las cargas en movimiento se comportan como imanes, es decir, producen campos magnéticos. Siendo las cargas móviles las últimas en llegar al panorama del magnetismo han permitido, sin embargo, explicar el comportamiento de los imanes, esos primeros objetos magnéticos conocidos desde la antigüedad.

Los fenómenos magnéticos habían permanecido durante mucho tiempo en la historia de la ciencia como independientes de los eléctricos. Pero el avance de la electricidad por un lado y del magnetismo por otro, preparó la síntesis de ambas partes de la física en una sola, el electromagnetismo, que reúne las relaciones mutuas existentes entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas. James Clark Maxwell fue el científico que cerró ese sistema de relaciones al elaborar su teoría electromagnética.

Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

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Ilustración 1 Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra.

1. LA INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o tensión) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático no uniforme. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday en 1831, quien lo expresó indicando que la magnitud de la tensión inducida es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).

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