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Teslablog #14 - 2012-07-19T00:00:00

Tesla y la electricidad inalámbrica – Parte I: La Witricidad.

Posiblemente, si viviera, Tesla sería el único ser humano que no tendría en la parte trasera de su escritorio un gurruño de cables correspondientes al ordenador, la impresora, el escáner, los altavoces, etc. Y por dos razones: él nunca habría tolerado tal desorden y, sin duda, todos sus aparatos estarían siempre cargados sin necesidad de cables. De hecho, la electricidad inalámbrica, es decir, la capacidad para transmitir energía eléctrica sin necesidad de cable alguno, fue uno de sus sueños más obsesivos y persistentes a lo largo de su vida (y eso que tuvo unos cuantos).

 

¿Harto del “este cable dónde iba”? Bienvenido a la witricidad. RefNewYorker.14-2010-34

Para Tesla, que recordemos fue la primera persona en patentar un dispositivo manejado a distancia por control remoto, era cuestión de tiempo lograr no solo dirigir objetos a distancia, sino también poder alimentarlos eléctricamente, sin necesidad de estar anclados a un enchufe o a una batería. Pero algo debió fallar en la predicción de Tesla porque más de cien años después – en plena era de la comunicación inalámbrica – debemos seguir enchufando nuestros dispositivos a la red eléctrica o contar con un buen número de pilas o con una batería de larga duración si queremos que estos tengan vida más allá del cable. Pero, ¿por qué?, ¿por qué tenemos radio, control remoto, televisión vía satélite, Internet por wireless, etcétera, y no tenemos electricidad inalámbrica?, ¿por qué no existe la Wi-tri-ci-dad? (y perdonen el palabro).

Pues en realidad – y como bien reconoce el propio inventor en este último teslablog – la witricidad sí que existe, y de hecho incluso se comercializa, aunque de momento su alcance se limita a entornos pequeños como puedan ser el hogar y la oficina.

 

¿Cómo funciona? Inducción y resonancia.

 

Han sido varias las investigaciones que han resultado exitosas a la hora de transportar la energía eléctrica a distancia, pero el trabajo de referencia – y al que Tesla hace incluso el honor de mencionar en otra de sus habituales asincronías – fue el presentado en la revista Science en junio de 2007 por investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT). En ese artículo, los investigadores presentan una técnica para iluminar de manera inalámbrica una bombilla de 60 vatios a unos dos metros de distancia, aunque a tenor de las imágenes que acompañan el trabajo el dispositivo puede que fuera inalámbrico, pero desde luego no era muy portátil (vamos, que no era como para iluminar cada lámpara de casa). En cualquier caso, los investigadores del MIT asentaron las bases de la actual tecnología inalámbrica en lo que a potencia eléctrica se refiere.

 

En 2007, investigadores del MIT lograron encender una lámpara de 60 vatios a dos metros sin necesidad de cables. RefNewYorker.14-2007-134

Para comprender el fundamento físico que se emplea hoy en día para lograr la transmisión inalámbrica de electricidad, necesitamos entender dos fenómenos conocidos desde hace mucho tiempo: la inducción electromagnética  y la resonancia.

 

La Inducción electromagnética

Descubierta por Faraday, es un fenómeno que refleja la íntima relación entre la electricidad y el magnetismo y  que se halla muy presente en nuestras vidas.

Supongamos que tenemos un cable conductor por el que hacemos pasar una corriente eléctrica (vamos, que lo enchufamos a un generador eléctrico). Debido al paso de cargas en movimiento se crea alrededor de dicho cable un campo magnético que inunda todo el espacio próximo. Si en lugar de un cable recto tenemos un cable arrollado muchas veces -  es decir, una bobina - el campo magnético creado será más intenso y más cuanto más vueltas tenga el cable. Esta es la que vamos a denominar “bobina primaria”. Supongamos, además, que la corriente eléctrica que hacemos pasar a través de esta bobina primaria es corriente alterna. En este caso, el campo magnético que se genera es además variable en el tiempo y viene caracterizado por una determinada frecuencia. 

 

Una bobina generando un campo magnético variable al paso de una corriente alterna. RefNewYorker.14-2009-1234

 

Si ahora acercamos lo suficiente una segunda bobina – la bobina secundaria – como para que quede inmersa en dicho campo magnético variable, observaremos que se genera en ella una corriente eléctrica. Es decir, la bobina primaria ha inducido corriente eléctrica en la bobina secundaria sin necesidad de que esta esté conectada a ningún cable.

Este fenómeno es la base de muchísimos componentes eléctricos, como los transformadores, además de estar en una gran diversidad de pequeñas aplicaciones cuasi-inalámbricas como los cepillos de dientes eléctricos, o esos cargadores de móviles o reproductores mp3 en los que no es necesario conectar un cable al dispositivo.

 

La inducción electromagnética, base de algunas aplicaciones mini-inalámbricas. RefNewYorker.14-2009-1235

 

Es importante destacar que no existe ningún medio físico entre ambas bobinas, es decir, la energía eléctrica se transmite de la bobina primaria a la secundaria de manera “inalámbrica”. Es el campo magnético existente entre ambas bobinas el encargado de transferir la energía eléctrica de una a otra,  transferencia que se hace menos efectiva a medida que alejamos ambas bobinas, hasta el punto de que basta separarlas una distancia muy pequeña (depende de la frecuencia del campo) para que la corriente inducida en la bobina secundaria desaparezca y con ella nuestra esperanza de Witricidad. Se podría mantener la inducción eléctrica aumentando la intensidad del campo magnético pero esto, además de magnetizar toda la habitación, supondría un derroche de energía ineficaz, ya que el campo magnético se genera en todas direcciones y no solo en la que se encuentre nuestra bobina secundaria.

 

Pero aquí es donde llega al rescate de la Witricidad otro fenómeno físico común en multitud de ámbitos. Un fenómeno que hay que tener en cuenta tanto a la hora de fabricar instrumentos musicales como en la construcción de puentes. Nos referimos a la resonancia.

 

La resonancia

¿Un inocente columpio o una bomba apunto de estallar?. RefNewYorker.14-2009-125

 

La resonancia es un fenómeno físico que se produce en muchos sistemas diferentes y que se caracteriza por una transferencia de energía muy efectiva entre un sistema y otro. El ejemplo clásico que se utiliza para entender el concepto de resonancia es el de un niño balanceándose en el columpio de un parque infantil. Si el niño no se impulsa de ninguna manera el columpio ira poco a poco disipando energía y su oscilación se ira frenando. Para seguir disfrutando de su columpio favorito el niño deberá impulsarse, es decir, emplear el movimiento de su cuerpo para comunicar una fuerza periódica al sistema. Pero esta fuerza no debe aplicarla de cualquier manera, debe ajustarla a la frecuencia del balanceo. En este caso, no solo logrará mantener el columpio en movimiento, sino que, con muy poco esfuerzo pero suministrado en el momento adecuado, logrará balancearse cada vez más y más y más. Es decir, ajustando la frecuencia de su movimiento a la frecuencia del balanceo conseguirá una transferencia energética óptima entre su cuerpo y el columpio. Niño y columpio han entrado en resonancia, y que de gracias a Dios de que el columpio esté bien anclado si no quiere acabar al otro lado del parque.

Fenómenos espectaculares (y también clásicos) de resonancia los podemos ver en la copa que se rompe en mil pedazos ante la nota de una soprano (en este caso es la frecuencia del sonido la que coincide con la frecuencia de resonancia de la copa) o en puentes que se balancean como si fueran de mantequilla ante una pequeña – pero adecuadamente modulada – brisa

 

La resonancia afecta - que no destruye – al puente de Tacoma Narrows. RefNewYorker.14-1965-1125

 

Prácticamente cualquier sistema físico – desde un puente hasta nuestros átomos - se caracteriza por una o varias frecuencias de resonancia naturales, es decir, frecuencias a las que son especialmente receptivos para absorber energía, y esto es lo que emplearon los investigadores del MIT para transferir corriente eléctrica de manera inalámbrica.

Para ello, ajustaron la frecuencia del campo magnético inductor para que fuera similar a las frecuencias de resonancia naturales de ambas bobinas. Con esto lograban que la transferencia de energía eléctrica se hiciera óptima, hasta el punto de que no era necesario un campo magnético muy intenso para inducir corriente eléctrica de la bobina primaria a la secundaria, y además, era posible separar ambas bobinas varios metros sin que decayera la corriente eléctrica inducida. Ya solo tuvieron que conectar una bombilla a la bobina secundaria y ya lo tenían todo para la foto de la witricidad.

 

El acoplamiento magnético resonante permite transmitir energía eléctrica de manera inalámbrica. RefNewYorker.14-2009-1237

 

Este fenómeno, conocido como acoplamiento magnético resonante es, en general, el sistema utilizado por varias de las empresas que actualmente comercializan electricidad inalámbrica. En el caso ideal, bastaría comprar un generador de Witricidad – la bobina primaria – enchufarlo a la red eléctrica y dispondríamos de energía eléctrica inalámbrica para todos nuestros dispositivos electrónicos del hogar y de la oficina, de una manera limpia y segura, ya que el campo magnético generado apenas interacciona con el organismo, y no se ve afectado por ningún obstáculo que se interponga en su camino.

 

Esquema de un hogar con witricidad.. RefNewYorker.14-2009-1289

 

Pero, ¿por qué no tenemos witricidad en casa?

 

Witricidad en casa, ¿para cuándo?. RefNewYorker.14-2009-1237

 

Pero, entonces, si la base tecnológica existe e incluso ya se comercializa, ¿por qué no tenemos witricidad de manera general en todas las casa y oficinas?, ¿por qué no podemos decir aún adiós a todos esos dichosos cables que se enredan debajo de las mesas como si estuvieran vivos? Además, ¡lo que nos ahorraríamos en canaletas e instalación eléctrica!, ya que con una sola toma de corriente por habitación y gracias al acoplamiento magnético resonante podríamos disfrutar de todos nuestros cacharros electrónicos. Parafraseando a nuestro Tesla: ¡Sí, la ruina de las regletas! En conclusión, ¿por qué no tenemos witricidad y si Internet sin cable?

 

Una buena razón por la que la witricidad no se ha extendido: sus horribles campañas publicitarias. RefNewYorker.14-2009-12

 

Pues, además de que toda tecnología nueva (recordemos que el artículo de Science es de apenas hace cinco años) necesita su tiempo para introducirse de manera masiva en la sociedad, y de que aún es un poco cara, el principal escollo surge en los propios dispositivos electrónicos.

Como vimos, es necesario que tanto el campo magnético inductor, como el generador de witricidad, así como los diferentes dispositivos electrónicos - móvil, portátil, etcétera. - funcionen a unas frecuencias similares de resonancia. Por lo tanto, es necesario que los diferentes fabricantes vayan incorporando la tecnología inalámbrica a sus dispositivos, y que estos sean capaces de acoplarse con las diferentes soluciones de witricidad comercial que existen actualmente en el mercado. Es algo similar a lo que ocurrió con los ordenadores y las tarjetas de red inalámbricas. Es mas que nada un problema de estandarización, algo muy común cada vez que se introduce una nueva tecnología en el mercado y en nuestras vidas.

 

Una presentación TED sobre WITRICIDAD. RefNewYorker.14-2009-25

 

Pero, esto ya lo hizo Tesla

Un sistema de witricidad Tesliano. RefNewYorker.14-1900-1237

 

Como él mismo asegura, nada de esto le era ajeno a nuestro inventor favorito hace ya más de cien años. Basta ver el diseño de How to Build Both Large and Small Tesla and Oudin Coils and How to Carry On Spectacular Experiments With Them (H. Winfield Secor, Practical Electrics, November 1921)

Sí, Tesla ya había logrado la witricidad. De hecho, le era tan común que la empleaba en muchas de sus exhibiciones públicas donde asombraba a propios y extraños iluminando la estancia con lámparas que parecían encenderse por arte de magia, tal vez con la esperanza de cazar algún socio inversor.

 

Tesla en plena exhibición. RefNewYorker.14-1900-19

 

Pero el método seguido por Tesla era muy diferente al propuesto por los investigadores del MIT. Tesla empleaba otro fenómeno eléctrico, el acoplamiento electroestático, para literalmente electrificar toda la habitación. El mismo cuenta como disponía dos placas conductoras separadas una pequeña distancia. Cada placa estaba conectada a sendos extremos de una bobina conductora por la cual Tesla hacía pasar una corriente eléctrica alterna de alta frecuencia. En sus propias palabras: “[…]una vez conectado[…]podías pasear un tubo de vacío por toda la habitación que, incluso a una cierta distancia, permanecía siempre iluminado” (Martin, T. C., & Tesla, N. (1894). Inventions, Researches and Writings of Nikola Tesla, with special reference to his work in polyphase currents and high potential lighting. New York: The Electrical Engineer. Page 188.)

 

La verdadera witricidad de Tesla

 

Con esta técnica – al igual que la tecnología actual - lograba iluminar diferentes lámparas situadas en la misma habitación, pero esto no era suficiente para Tesla. Para él, tanto este sistema como el que años después desarrollarían los investigadores del MIT, no era la autentica electricidad inalámbrica. ¿Por qué? Porque tanto en un caso como en otro seguimos necesitando un enchufe donde conectar nuestro generador de witricidad. Es decir, seguimos necesitando largos cables que afeen nuestro paisaje para transportar la electricidad desde donde se produce - ya sea una central hidroeléctrica o una central nuclear  - hasta nuestro hogar e industria. Tesla iba más allá. Pretendía transportar la energía eléctrica desde donde se genera hasta cualquier punto del planeta sin uno solo cable – y , según dice, de manera gratuita -. Una auténtica witricidad a escala global. Este fue el gran sueño de su vida y el que le destruyó. Pero esto se vera en el próximo teslablog.

 

 



 

Videocurrículum Tesla

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