Witricity Projeto Novo

7/21/2019 Witricity Projeto Novo

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Universidade Federal do Acre

Bacharelado em Engenharia Eltrica

Tpicos em Orientao de Pesquisa

Leonardo Giovanni Veronese

Witricity: Transmisso de Energia sem fio

Trabalho apresentado paracomposio da nota final nadisciplina de Tpicos emOrientao de Pesquisa.

Rio Branco2014


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1. INTRODUO

Devido necessidade da disponibilidade da energia eltrica para ser utilizada em

diversas situaes, teve-se uma intensificao nos estudos da Engenharia Eltrica,

principalmente no ramo do eletromagnetismo e propagao de ondas eletromagnticas.

A partir da intensificao dos modernos estudos sobre as propriedades eletromagnticas

dos materiais, e suas aplicaes em grande escala, a sociedade tem passado por um

processo de popularizao da transferncia sem fio de dados, atravs da telefonia mvel,

bluetooth e internet wireless.

Com o avano da tecnologia de dispositivos mveis e crescente utilizao dos

mesmos pela populao mundial, veio reflexo de que a transmisso de dados sem fio

no seria suficiente para dar total portabilidade a eles, pois ainda eram alimentadoseletricamente somente utilizando fiao conectada a tomadas. Por conta disso, pensou-

se em solues para fazer a realimentao desses dispositivos, e transmitir energia de

forma geral, sem necessitar desta fiao.

1.1 JUSTIFICATIVAO presente trabalho se faz valer pela inovao na rea de transmisso de energia,

uma vez que essa tecnologia quando aplicada, pode gerar grande comodidade para osusurios. Ir se aprofundar nos efeitos do eletromagnetismo no corpo humano,

procurando informar at onde pode se tornar prejudicial sade. Buscar mostrar as suas

aplicaes e tendncias.

1.2 OBJETIVO GERALAnalisar como a tecnologia de transmisso de energia sem fio (Witricity) funciona

e avaliar se essa tecnologia pode ser aplicada, tornando-a sua aplicao em grande

escala.

1.3 OBJETIVOS ESPECFICOSExplicar o funcionamento da transmisso de energia sem fio, uma tecnologia nova

que traz grande comodidade para os usurios.

Investigar se essa tecnologia, quando aplicada, pode provocar algum dano sadedo usurio.

Verificar as vantagens e desvantagens do sistema, e por sua vez as aplicaes e

desafios.


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2. FUNCIONAMENTO E CARACTERSTICAS

Compreender o processo de transmisso de energia sem fio tarefa relativamente

simples e de menor complexidade. Entretanto, importante inteirar-se dos fatos que

possibilitaram a descoberta e o desenvolvimento dessa tecnologia. Entender ofuncionamento de como desenvolver mtodos para essa transmisso, exige

conhecimentos tcnico e cientifico.

Ligar uma televiso sem conecta-la a uma tomada, carregar vrios celulares em

um carregador universal sem fio j so possibilidades reais. Isto leva a refletir, que, a

possibilidade de trabalhar num ambiente de trabalho sem aqueles emaranhados de cabos

no esta longe da realidade.

Os transformadores de energia vistos pendurados nos postes possuem bobinasinternas que no se tocam. Estes dispositivos utilizam induo magntica para a

transferncia de energia a partir de duas bobinas: numa, encontra-se o enrolamento

primrio e na outra o secundrio. Estas bobinas transmitem energia de uma para outra

sem que estejam fisicamente conectadas, graas ao fenmeno chamado induo.

Entretanto, para uma melhor compreenso do tema desta pesquisa, necessrio

entender alguns conceitos, bem como suas aplicaes.

2.1 RESSONNCIA E ACOPLAMENTO INDUTIVO RESSONANTE

Ressonncia a tendncia de uma determinada composio vibrar

preferencialmente a uma frequncia, sob excitao externa. Este um fenmeno

inerente a todos os corpos conhecidos. A frequncia de ressonncia depende da massa e

da elasticidade do corpo que se pretende mover, portanto cada um tem a sua especfica.

A frequncia a que vibra um objeto quando lhe damos um toque chamada de

frequncia natural de vibrao. Estas consideraes so universais e aplicveis a todosos tipos de ressonncia (acstica, mecnica, eletromagntica, etc.).

Uma boa maneira de entender a ressonncia pensar no som. A estrutura fsica

de um objeto, como o tamanho e o formato de um trompete, determina a frequncia em

que ele vibra. Essa a sua frequncia de ressonncia. fcil fazer com que os objetos

vibrem na sua frequncia de ressonncia, mas difcil fazer com que vibrem em outras

frequncias. por isso que, ao tocar um trompete, outro trompete prximo comea a

vibrar.


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Na frequncia de ressonncia h a mxima transferncia de energia possvel.

Considere um sistema massa-mola ideal (Figura 1). Para manter o sistema massa-mola

vibrando voc precisa injetar energia balanando a mo. Se no fizer isso, o sistema

amortece e para. E ento voc nota algo curioso. Balanando a mo devagar, com baixa

frequncia, a amplitude do sistema se mantm, mas sempre pequena. Na figura, fo a

frequncia natural do sistema, isto , a frequncia com a qual ele "gosta" de vibrar. A

frequncia do movimento de sua mo f, que menor que fo. O grfico mostra que a

amplitude, nesse caso, pequena.

Figura1- (Fonte: http://www.seara.ufc.br/tintim/fisica/ressonancia)

Com um pouco de prtica logo se descobre uma frequncia certa f do

movimento da mo para a qual a amplitude do movimento da massa mxima. Essa

frequncia exatamente a frequncia natural do sistema, isto , f = fo. Se a frequncia f

do movimento da mo for menor ou maior que fo, a amplitude do movimento da massadiminui. Pronto: voc atingiu a ressonncia! Noutros termos, o movimento de sua mo e

o movimento do sistema massa-mola entrou em ressonncia. Ou, ainda de outra forma,

o sistema est vibrando com a frequncia de ressonncia.

Quanto maior a amplitude, maior a intensidade e por consequncia, maior a

conduo de energia. Quando a frequncia de ressonncia atingida a impedncia

mnima [Impedncia genericamente, significa uma medida de impedimento ou oposio

ao fluxo de algo, abstrato ou concreto.].


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O acoplamento indutivo ressonante se d quando, no sistema, so colocados

objetos com a mesma frequncia ressonante de forma que um aproveite a energia

transmitida pelo outro. O mtodo do acoplamento indutivo ressonante uma

circunstncia especial do fenmeno da induo. A diferena reside fundamentalmente

em que as bobinas emissora e receptora tm que operar frequncia ressonante, graas

a condensadores ligados aos seus terminais.

Figura2- 1 - Conversor de frequncia / 2 Fonte de Corrente / 3 Obstculo / 4- Bobina receptora(Fonte: http://www.witricity.com/pages/technology.html).

2.2 FREQUNCIA DO SISTEMA

Dois so os princpios que agem no sistema analisado: o princpio de ressonncia

e o princpio de induo. Assim poderamos prever que grande o nmero de vaiveis

que interfere no maior ou menor rendimento deste modo de transmisso. Entre eles,

esto: a frequncia de ressonncia adequada, o material utilizado para conduo da

corrente, a espessura do fio e a distncia entre o emissor e o receptor. Em sntese, alguns

dos cuidados e parmetros que devem ser tomados so:

-Utilizar na construo das bobinas um dimetro elevado para diminuir a resistncia deperdas;

-Ponderar sobre a escolha da frequncia de ressonncia, pois o rendimento diminui com

o aumento da frequncia;

-Utilizar um fio com resistividade menor, como por exemplo, fios de prata pois a

resistividade deste material a 20 C 0,0158 .mm2/m em relao ao cobre que

0,0178 .mm2/m.

Tais fatores devem ser examinados com cuidado de forma os trs entrem em sinergia.


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3. O ELETROMAGNETISMO E SEUS EFEITOS NO CORPO HUMANO

imprescindvel o interesse do homem pela tecnologia, de algum modo, sempre

influenciou as pessoas. Observaram alguns autores que, alm da comodidade,

importante elucidar e avaliar os modos de implementao de novos produtostecnolgicos e sua forma de energia. Na maioria das vezes, a preocupao somente a

busca do conforto e da facilidade no auxlio das tarefas, se no o questionamento sobre

riscos da tecnologia sade. Nesse estudo, os autores, buscaram fontes que permitiram

uma avaliao sobre os efeitos do eletromagnetismo e suas implicaes na vida das

pessoas.

Nos ltimos dez anos, houve grande expanso do uso de equipamentos eltricos e

eletrnicos que emitem muito calor nos ambientes de trabalho e nas residncias. Umcomputador, por exemplo, pode gerar um calor dez vezes mais do que um corpo

humano.

Ribeiro e Pessoa (2007) constataram que no se pode imaginar a intensidade,

amplitude e frequncia de ondas eletromagnticas que vo e vem, carregando imagens e

mensagens por todo mundo. Esse trfego de ondas nas cidades e mais intenso e, apesar

de no poder v-lo, essas ondas podem atravessar a ionosfera terrestre a mais de mil

metros de altitude e viajar pelo universo afora:

O eletromagnetismo e considerado pelos cientistas, uma das forcas

fundamentais que compem o universo, e mesmo no se conhecendo tudo

sobre esse tipo de energia, ela tem sido amplamente utilizada e explorada.

Depois que se descobriu que a onde eletromagntica pode propagar-se por

longas distancias, a tendncia e de aperfeioar novas tcnicas para carregar

cada vez mais informaes por maiores distancias. A radiao, mesmo sendo

um fenmeno nico, e classificado pela cincia de acordo com o numero de

vezes que oscila em cada segundo, medida essa que se expressa em Hertz

(Hz). O s diferentes tipos de frequncia indicam diferentes tipos de radiao,

o que deu origem ao chamado ESPECTRO ELETROMAGNETICO.

(RIBEIRO E PESSOA, 2007, p.21).


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Figura 3- Espectro de ondas eletromagnticas (Fonte: RIBEIRO, Edson Leite; PESSOA, Martha Bulco.Os efeitos da radiao eletromagntica na vida do ser humano: uma analise paradigma ambiental.Curitiba. 2007. P 22.23)

Ainda de acordo com os mesmos autores, sem energia, nosso organismo no

conseguiria sobreviver, pois todos os organismos so sensveis a energias

eletromagnticas. As alteraes sucedidas por uma radiao artificial, aquela

desenvolvida pelo ser humano, pode ocasionar mudanas biolgicas considerveis

sade das pessoas.

Estudos da TNO - Toegepast-Natuurwestenchappelijk Onderzek (Organizao

pela Pesquisa Cientifica Aplicada) na Holanda, relataram que se podem observar

efeitos, inclusive graves, sobre a sade se uma pessoa ficar 45 minutos de exposio a

uma radiao eletromagntica de 0,7 V/m (Volt por metro) emitida de um aparelho

celular.

De acordo com estudiosos, cientistas, mdicos, pesquisadores e epidemiologistas

vm estudando h alguns anos, os possveis efeitos dos campos eletromagnticos baixos

e extremamente altos.

Segundo Adroaldo Raizer, doutor em Eletromagnetismo, a radiao ionizantepossui condies de modificar a estrutura da matria, cujo estado fsico do tomo

alterado. Est comprovado cientificamente, conforme relatou o autor, que a exposio a

esse tipo de radiao pode ocasionar danos sade. Entretanto, para classificar a

radiao, necessrio mensurar a quantidade de energia transportada. Se o nvel de

energia for alto, denominam-se radiaes ionizantes, e se for baixo, so consideradas

no ionizantes.


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A RADIAO IONIZANTE transporta energia suficiente para alterar o

estado fsico de tomo, ocasionando-lhe perda de eltrons e fazendo com que

se torne carregado eletricamente (ionizado). Devido elevada energia

empregada, pode haver a ionizao das molculas e tomos rompendo suas

ligaes internas. Ex.: Raios-X e Raios de Gama. A RADIACONOIONIZANTE, no transporta energia suficiente para alterar o estado

fsico de um tomo; desta maneira no separa os eltrons da rbita externa

dos tomos. Ex.: As ondas de luz, de micro-ondas, de rdio e antenas de

telefonia.

(Edson L. Ribeiro e Martha B. Pessoa. 2007).

Adicionalmente, Adroaldo Raizer, afirma que o efeito da radiao ionizantedemora muito tempo para sair do organismo. Este efeito se acumula e por isso h

restries no nmero de exames de raio-x a que uma pessoa pode se submeter por ano.Isso no acontece com a radiao no ionizante. Por suposto, poder haver riscos se asnormas no forem observadas.

3. VANTAGENS E DESVANTEGENS

Inmeras vantagens podem ser alcanadas pelo uso de tal tecnologia, entre elas

destacam-se o carregamento de vrios aparelhos simultaneamente, pois afinal, com o

campo magntico, torna-se fcil colocar vrios dispositivos sendo carregados, bastandopara isso obter a base sustentadora do objeto; carregamentos rpidos, semelhantes aos

carregadores normais; liberdade na colocao do dispositivo a carregar; potncias de

mW at kW; a tecnologia pode ser embutida em moblias; a transferncia de energia

pode ser feita mesmo entre obstculos, ou at mesmo a gua.

Mas como nada esta livre de limitaes, podemos destacar algumas

desvantagens (temporrias) do uso da Witricity os aparelhos devem estar alocados em

cima da plataforma devido s limitaes da induo magntica; e a distncia entre os

aparelhos e a plataforma tem de ser de apenas poucos centmetros.

Infelizmente esta tecnologia ainda possui considerveis desvantagens, como alto

custo, eficincia ainda baixa para distncias maiores que 20 cm, causa pequenas

interferncias na rea automotiva (pelo fato de operar em frequncias de rdio) e, em

certas frequncias, pode trazer efeitos colaterais para pessoas e animais, motivo da

criao do padro IEEE C95.1-2005.


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Com o objetivo de regulamentar limites de valores para determinadas frequncias

de campo magntico, o IEEE criou o padro C95.1-2005 a fim de evitar os efeitos

colaterais destes campos magnticos em seres humanos e animais [IEEEC95]. O padro

aplicado para frequncias de 3kHz a 300GHz em ambientes abertos populao

comum e para reas controladas. Ele s no se aplica a pessoas sobre algum tratamento

mdico que utilize alguma propriedade eletromagntica.

3.1 APLICAES DO SISTEMA

Esta tecnologia j est sendo largamente utilizada para desenvolvimento de

carregadores de notebooks, tablets, smartphones e gadgets similares. Muitas empresas

automobilsticas esto fazendo parcerias com empresas que lidam com a tecnologia de

transferncia de energia sem fio para, alm de colocarem carregadores dentro de seus

carros, implementarem seus projetos de carros eltricos. Esta tecnologia j est sendo

utilizada nos nibus nas cidades de Gnova e Turim, na Itlia.

Figura 4 - Carro eltrico da marca Citron sendo carregado por um dispositivo emissor de campomagntico (no cho) [BBCWC].


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Figura 5Modelo de nibus usado nas cidades italianas de Gnova e Turim. Fazem seu percurso em umahora e se recarregam em dez minutos (na marca branca no cho) [CWIPT] [CWSIT].

3.2 DESAFIOS

Primeiramente, o maior desafio das empresas que lidam com esta tecnologia

aumentar o alcance e a eficincia da transferncia de energia, para tornarem-na mais

cmoda e potencializar a portabilidade desses dispositivos. Tambm um desafio

expandir esta tecnologia, diminuir o seu ainda elevado custo, padronizar e torn-la

comum em grandes cidades, hotis, aeroportos,shoppings e lojas em geral (assim como

o wi-fi).

As perspectivas so de que em alguns anos ela se popularize e se torne comum,

dada a comodidade proporcionada pela ausncia de fios para alimentao dos

dispositivos, e que haja um maior incentivo ao uso de carros eltricos, dado a facilidade

de apenas estacionar um veculo e ele comear a carregar.

4. CONCLUSO

A partir do estudo realizado, a transferncia de energia sem fio, a qual est

fundamentada no princpio da induo eletromagntica, aliada a ressonncia

eletromagntica, se tornar cada vez mais presente em nosso cotidiano, atravs dos

carregadores de automveis, celulares e gadgets em geral, alm de ser aplicada emlinhas de montagem industriais. Mas essa tecnologia possui ainda algumas

desvantagens, como por exemplo, no ser to eficiente para longas distncias, tornando-

a aplicvel em situaes bem restritas. E para superar essas desvantagens e popularizar

esta tecnologia, vrias empresas se aliaram em dois grandes grupos, a Wireless Power

Consortium (WPC) e Alliance For Wireless Power (A4WP). Dessa forma, a energia

transferncia de energia wireless est sendo otimizada, buscando ser a forma de

transferncia de energia do futuro.


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5. BIBLIOGRAFIA

1- JUNIOR, Milton Correia. Eletricidade sem fio- j estamos na era daportabilidade total. Revista Planeta, Edio 473, Fevereiro 2012. Disponvelem:.

2- ROTHMAN, Paula. Eletricidade sem fio quase uma realidade. Info Online.Disponvel em:< http://info.abril.com.br/noticias/ciencia/eletricidade-sem-fio-e-quase-uma-realidade-27072009-27.shl>.

3- QUEIROZ, Antnio Carlos M. De. Bobina de Tesla. Disponvel em:.

4- SILVEIRA, Athnio de Souza. Witricity: Transmisso de energia sem fio.Carregamentos de celulares, Notebook sem fio. Disponvel em:.

5- GOZALVEZ, Javier. WiTricity: The Wireless Power Transfer. IEEE VehicularTechnology Magazine.

6- CHENTA, E. H. S. Transmisso de Energia Eltrica Sem Fio - Witricity:Estudo e Elaborao de Prottipo. Faculdade de Engenharia Eltrica e Computao -FEEC UNICAMP. Disponvel em:.

7- ALONSO, Marcelo; FINN, Edward J. Fisica, Um curso universitario. Sao Paulo:Editora. Edgard Blucher Ltda.

8- HOCHMAN, Paul. Por um fio: a energia wireless virou realidade (e serio) .REVISTA GALILEU. Editora Globo. N.212, pag. 72-77, marco. 2009.

9- NUSSENZVEIG, Moyses H. Curso de Fisica: Eletromagnetismo. 1ed. Sao Paulo:Editora Edgard Blucher, 1997.

10- MARKUS, Otavio. Circuitos Eletricos : Corrente continua e alternada. 9ed,Tatuape, Editora. Erica Ltda, 2004.

11- FRAGNITO Hugo L. Circuitos de Corrente Alternada: Notas de FisicaExperimental, pp2 Campinas: 2005.

12- MONTEIRO, Douglas do Amaral. Witricity DESVENDANDO ESSA NOVAFORMA DE TRANSMISSO DE ENERGIA. Engenharia EltricaDECEA/UFOP

2011.

13- BONIFCIO, N. M. C. Transmisso de Energia Sem Fios. Universidade deAveiro, 2009. Disponvel em:

14- GODIM, F. P. Transmisso de energia Eltrica Sem fio. Universidade Federaldo Cear, Centro de tecnologia. Fortaleza, 2010. Disponvel em:


12/12

http://www.dee.ufc.br/anexos/TFCs/2011-1/Monografia%20-%20Felipe%20Pontes%20Gondim.pdf>

15- MASSIE, Walter W. UNDERHILL, Charles R. Wireless telegraphy & telephony.1908,pgs 67-71. Disponvel em: .

16- FREITAS, R.; MACIEL JUNIOR, V.A. Gerao de Energia Eltrica porOndas Sonoras. FAZU em Revista, Uberaba, n.7, p. 154 - 158 2010. Disponvel em:.

17- Wheeler, H.A., Inductance formulas for circular and square coils. Proceedings

of the IEEE, 1982. 70(12): p. 1449-1450.

18- Kontos, G. WiTricity, MIT's wireless transmission of power scheme. 2007.Disponvel em:< http://www.aceize.com/node/380>

19- BOYLESTAD, R. L. Introduo a Anlise de Circuitos. 10. ed. Rio de Janeiro:Prentice-Hall, 2004. 826 p.

20- WITRICITY: Witricity Technology: The Basics. 2012. Disponvel em:

.

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