UNIVERSIDAD TECNLOGICA DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA INDUSTRIAL

ANLISIS MATEMTICO III

TEMA:

Energa inalmbrica para cargar un celular

REALIZADO POR: SNCHEZ CABRERA, ALINAVARGAS CARDENAS, DENNISMAMANI MAMANI, MARYLINDAVIES RENZO RAMIREZ CHURATA

CICLO: III

TURNO: maana

CLASE: A

AREQUIPA - PER

2014

ENERGA INALMBRICA PARA CARGAR UN CELULAR INTRODUCCIONImaginemos un mundo donde con slo entrar a un sitio, t mvil, comienza a cargarse automticamente y sin la necesidad de conectarse a ninguna toma corriente. No estamos lejos de tal posibilidad, un grupo de expertos desarrolla una tecnologa que transmite la electricidad a los aparatos sin necesidad de cables. Los dispositivos de bajo consumo podran recargarse automticamente slo con entrar en el radio de accin de una fuente inalmbrica de energa.Este grupo de expertos pertenece al clebre Instituto Tecnolgico de Massachusetts ha desarrollado una tecnologa de energa inalmbrica que transmite la electricidad a los aparatos sin necesidad de cables, un proyecto que consta entre las diez tecnologas emergentes del futuro, segn publica la revista del centro, Technology Review. Con este experimento, cualquier aparato de bajo consumo, como los telfonos celulares, podran recargarse automticamente simplemente con entrar en el radio de accin de una fuente inalmbrica de energa, eliminando la necesidad de utilizar cables y, quizs con el tiempo logrando que no sea necesario el empleo de bateras.Por supuesto no se trataba de magia, sino de un experimento bastante mundano, basado nada menos que en la induccin electrosttica de Nikola Tesla, descubierta ya en 1891 y resignada al olvido por la desidia de los mercados en complicidad con la industria.EL MAGNIFICO TRANSMISORInvent un sistema de transmisin de energa inalmbrica, digo bien, de energa. En sus experimentos de transmisin de energa sin cables, fue capaz de encender una ristra de 200 lmparas de incandescencia de 50 vatios a 26 millas! (casi 42 kilmetros) de distancia de su estacin, si bien, el propio Tesla escribi que hubo observado que las seales se podan transmitir hasta una distancia de 600 millas (960 km). Hace unos aos, el profesor adjunto de fsica del MIT, Marin Soljacic, fue despertado una noche por el insistente pitido de su telfono mvil. No iba a parar hasta que lo enchufase para cargarlo. Ojal el telfono pudiese empezar a cargarse en cuanto entrase en casa, sin tener que hacer nada, pens.A partir de entonces, el cientfico empez a buscar formas de transmitir la energa de forma inalmbrica, un mtodo a media distancia capaz de cargar o incluso de impulsar aparatos porttiles como mviles, PDA y ordenadores porttiles. En este sentido, consider la opcin de emplear ondas de radio, que envan informacin de forma eficaz a travs del aire, pero se dio cuenta de que la mayora de la energa se perdera en el espacio. Despus, recal en el fenmeno del acoplamiento resonante, en el que dos objetos que sintonizan la misma frecuencia intercambian mucha energa entre s, a la vez que interactan muy levemente con otros dos objetos.Para entenderlo, explica cmo un conjunto de vasos de vino, donde cada uno contiene una cantidad diferente de lquido, vibran con diferentes frecuencias de sonido. Si un cantante alcanza un tono que se corresponde a la frecuencia de uno de los vasos, ste puede absorber tanta energa acstica que acabe por romperse, mientras que los otros vasos no se veran afectados, seala.As, el experto descubri que la resonancia magntica ofrece un mtodo prometedor para transferir la electricidad ya que los campos magnticos viajan libremente por el aire, pero tienen un efecto muy dbil en su entorno, y en las frecuencias adecuadas y en los seres vivos.

1.1 Descripcin del problemaEn un mundo globalizado en donde las tecnologas; sobre todo las mviles; son parte til en nuestra vida nos vemos forzados a la necesidad de cargarlos constantemente por el uso que se le da; pero esto implica tener siempre a la mano un cargador el cual estar conectado a un tomacorriente, pero no siempre estaremos al alcance de uno y esto de manera sorpresiva nos perjudicara si es necesitamos de nuestro mvil con urgencia.Adems buscando contribuir con el cuidado del medio ambiente disminuyendo los niveles de contaminacin que ocasiona estos equipos: los cargadores nos vemos en la necesidad de buscar poder transmitir la electricidad a los aparatos sin necesidad de cables. Los dispositivos de bajo consumo como los telfonos mviles podran recargarse automticamente slo con entrar en el radio de accin de una fuente inalmbrica de energa.

1.2 Formulacin del problema

Cmo cargar la batera de un celular de forma inalmbrica?Cmo nos beneficia este proyecto?Cul es el funcionamiento de estos componentes? 2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACINDesde el comienzo de la era de la telefona mvil no haba casi ningn avance en cmo recargamos nuestras bateras. Los cargadores se han hecho ms pequeos, eficientes, porttiles y unificados, pero al final el proceso es el mismo. Necesitamos conectar un extremo del cable a la red elctrica o a una fuente de energa como el USB de un PC y el otro extremo al telfono mvil, quedando siempre limitados por el cable intermedio.El objetivo de esta investigacin es dar a conocer acerca de esta nueva tecnologa la cual es de la energa inalmbrica, de esa forma ser posible cargar los dispositivos de esta manera.

2.1 OBJETIVO GENERAL Utilizar la energa elctrica producida por electromagnetismo para cargar un dispositivo movil

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS Reduce la demanda de cables, lo que har que los gadgets sean ms duraderos y elimina la necesidad de tener que botar bateras con tanta frecuencia. Durabilidad de las bateras, ya que no se tendr que conectar y desconectar el dispositivo a su fuente de energa causando daos y desgaste. Esto quiere decir que no habra que cambiar las bateras o el dispositivo entero con tanta frecuencia como se hace ahora, lo que sera ms econmico para el usuario y mejor para el planeta porque no se producira tanta basura electrnica Adaptar un dispositivo mvil para cargarlo va inalmbrica

3. Recoleccin de la informacin

Campo MagnticoLos campos magnticos son producidos por corrientes elctricas, las cuales pueden ser corrientes macroscpicas en cables, o corrientes microscpicas asociadas con los electrones en rbitas atmicas. El campo magntico B se define en funcin de la fuerza ejercida sobre las cargas mviles en la ley de la fuerza de Lorentz. La interaccin del campo magntico con las cargas, nos conduce a numerosas aplicaciones prcticas.Entre las definiciones decampo magnticose encuentra la dada por la fuerza de Lorentz. Esto sera el efecto generado por unacorriente elctricao unimn, sobre una regin del espacio en la que unacarga elctricapuntual de valor(q), que se desplaza a unavelocidad, experimenta los efectos de unafuerzaque esperpendiculary proporcional tanto a la velocidad(v)como al campo(B). As, dicha carga percibir una fuerza descrita con la siguiente ecuacin.

DondeFes lafuerza magntica,ves la velocidad yBel campo magntico, tambin llamadoinduccin magnticaydensidad de flujo magntico. (Ntese que tantoFcomo vyBson magnitudes vectoriales y elproducto vectorialtiene como resultante un vector perpendicular tanto avcomo aB). El mdulo de la fuerza resultante ser:

La existencia de un campo magntico se pone de relieve gracias a la propiedad (la cual la podemos localizar en el espacio) de orientar unmagnetmetro(laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de unabrjula, que evidencia la existencia delcampo magntico terrestrepuede ser considerada un magnetmetro.Radiacin electromagntica Son ondas producidas por la oscilacin o la aceleracin de una carga elctrica. Las ondas electromagnticas tienen componentes elctricos y magnticos. La radiacin electromagntica se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeas) hasta frecuencias muy bajas ( longitudes de onda altas). La luz visible es slo una pequea parte del espectro electromagntico. Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro electromagntico est compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiacin ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los rayos gamma y los rayos X duros tienen una longitud de onda de entre 0,005 y 0,5 nanmetros (un nanmetro, o nm, es una millonsima de milmetro). Los rayos X blandos se solapan con la radiacin ultravioleta en longitudes de onda prximas a los 50 nm. La regin ultravioleta, a su vez, da paso a la luz visible, que va aproximadamente desde 400 hasta 800 nm. Los rayos infrarrojos o radiacin de calor (vase Transferencia de calor) se solapan con las frecuencias de radio de microondas, entre los 100.000 y 400.000 nm. Desde esta longitud de onda hasta unos 15.000 m, el espectro est ocupado por las diferentes ondas de radio; ms all de la zona de radio, el espectro entra en las bajas frecuencias, cuyas longitudes de onda llegan a medirse en decenas de miles de kilmetros.

PropiedadesLas ondas electromagnticas no necesitan un medio material para propagarse. As, estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnticas se desplazan en el vaco a una velocidad c = 299.792 km/s. Todas las radiaciones del espectro electromagntico presentan las propiedades tpicas del movimiento ondulatorio, como la difraccin y la interferencia. Las longitudes de onda van desde billonsimas de metro hasta muchos kilmetros. La longitud de onda () y la frecuencia (f) de las ondas electromagnticas, relacionadas mediante la expresin f = c, son importantes para determinar su energa, su visibilidad, su poder de penetracin y otras caractersticas. Parmetros de un acumulador o batera VoltajeLa tensin o potencial (en voltios) es el primer parmetro a considerar, pues es el que suele determinar si el acumulador conviene al uso al cual se le destina. Viene fijado por el potencial de reduccin del par redox utilizado; suele estar entre 1V y 4V por elemento.Se obtiene de calcular el trabajo, W, requerido para transferir una cantidad de carga que a travs de una seccin transversal de un elemento (el conductor o cable) contra la fuerza elctrica que producen las otras cargas del conductor. La unidad de voltaje es el voltio. Matemticamente:

Dnde:= voltaje= trabajo= carga= tiempoSimplificando mucho, el voltaje es como la altura de una cascada de agua, mientras ms alta sea la cascada, mayor ser su fuerza para mover una noria. Una cascada de agua de altura pequea mover poco la rueda, har poco trabajo. Una cascada de gran altura mover mucho la rueda, har gran trabajo. Por ello si se quiere obtener ms trabajo se necesita una pila de voltaje superior. Por ejemplo en autos radio controlados cuanto ms voltaje tenga la batera ser mayor la potencia que mueve el automvil.CorrienteEs la tasa de cambio neta de la carga Q (medido en culombios) transferida a travs de una seccin transversal de un conductor.

Dnde:= corriente= carga= tiempoSiguiendo la analoga anterior la corriente es como el agua de una cascada que se desplaza y que mueve la noria. En motores de corriente continua mientras mayor es la corriente ms torque se puede realizar con el motor. Siendo simplista ms fuerza podr hacer dicho motor.Capacidad de cargaLa capacidad de carga que puede almacenar el elemento o capacidad del acumulador, se mide en amperios-hora (Ah) y es el segundo parmetro a considerar. Especial importancia tiene en algunos casos la intensidad de corriente mxima obtenible, medida en amperios (A); p. ej., los motores de arranque de los automviles exigen esfuerzos muy grandes de la batera cuando se ponen en funcionamiento (centenas de A), pero actan durante poco tiempo.Un miliamperio-hora es la corriente en miliamperios que puede entregar la pila durante 1 hora. Entre una batera o pila de 1200mAh y otra de 2200mAh la segunda durar ms tiempo porque tiene mayor cantidad de carga elctrica almacenada. En cualquier equipo elctrico podemos colocar cualquier pila con cualquier mAh ya que influye en la duracin.Capacidad elctricaLa capacidad elctrica se mide en la prctica por referencia a los tiempos de carga y de descarga en amperios (A). La unidad SI es el culombio (C).

Dnde:C = capacidad elctricaI = intensidadt = tiempo (en segundos)= tiempo en horasPor tanto, la capacidad elctrica en las distintas unidades es: y EnergaLa energa que puede suministrar una batera depende de su capacidad y de su voltaje, se mide habitualmente en Wh (vatios-hora); la unidad SI es el julio.

Dnde: W = energaP = potenciat = tiempo (en segundos)= tiempo (en horas)Por tanto las equivalencias entre unidades son: y

Como Dnde: P = potenciai = intensidadV = diferencia de potencialLa equivalencia de unidades se puede desarrollar en:

(La energa se obtiene multiplicando la capacidad por el voltaje).Tngase en cuenta, sin embargo, que, cuando le den indicaciones en el cuerpo de las bateras o en sus envases, como Crguese a 120 mA durante 12 horas, el producto resultante exceder la capacidad del acumulador, el exceso de carga se disipa dentro de la batera en forma de calor a causa de su resistencia interna. Si la capacidad del acumulador fuesen 1200 mAh y se le aplicara una corriente de carga de 120 mA durante 12 horas, , por lo que 240 mAh ser la carga convertida en calor dentro de la batera y 1200 mAh la efectivamente almacenada en ella. Para calcular la energa perdida bastara multiplicar los 240 mAh de exceso de carga por la tensin de carga.ResistenciaLa resistencia de las bateras es muy inferior a la de las pilas, lo que les permite suministrar cargas mucho ms intensas que las de stas, sobre todo de forma transitoria. Por ejemplo, la resistencia interna de una batera de plomo-cido es de 0,006ohm, y la de otra de Ni-Cd, de 0,009ohm.MasaOtra de las caractersticas importantes de una batera es su masa, y la relacin entre ella y la capacidad elctrica (Ah/kg) o la energa (Wh/kg) que puede restituir. En algunos casos puede ser tambin importante el volumen que ocupe (Ah/m3) o (Ah/litro).RendimientoEl rendimiento es la relacin porcentual entre la energa elctrica recibida en el proceso de carga y la que el acumulador entrega durante la descarga. La batera de plomo-cido tiene un rendimiento de ms del 90%. Las bateras Ni-Cd un 83%.Constante de carga/descarga CC es una constante creada por los fabricantes que depende de los miliamperios hora especificados en la batera y que se usa para poder sealar ms fcilmente la intensidad a la que debe cargarse o descargarse una batera sin que sta sufra daos. Se calcula como sigue:

Dnde:C= constante de carga o descargaX= capacidad en mAh de la bateraEn el mercado, por ejemplo, las pilas LiPo vienen rotuladas con 20C o similares, este nmero indica la mxima capacidad de descarga y se destaca en los rotulos porque segn el uso que se les d, por ejemplo para radioaficionados que compiten en carreras de auto o aviones les indicar el tiempo de vuelo, la duracin variar. Una batera de C mayor que otra tendr un coste superior.EjemploPor ejemplo, una LiPo de 1200 mAh:

Luego el fabricante colocara No cargue la batera a ms de 1C, entonces 11,2= 1,2, por lo no se cargara a ms de 1,2A.Tambin seala No descargue la batera a ms de 7C, entonces 7C = 71,2 = 8,4, por lo que no deberamos descargar la LiPo del ejemplo con una intensidad mayor de 8,4A.Efecto memoriaEl efecto memoria es un efecto no deseado que afecta a las bateras y por el cual en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o una corriente elevada). La consecuencia es la reduccin de la capacidad de almacenar energa debido a la creacin de cristales en el interior de la batera.

1. Bobina 2. Inductancia 3. Bobina con tomas fijas

4. Bobina con ncleo ferromagntico 5. Bobina con ncleo de ferroxcube 6. Bobina blindada

7. Bobina electroimn 8. Bobina ajustable 9. Bobina variable

Bobinas y su funcionamientoSon componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magntico cuando se hacen circular por ellas una corriente elctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un ncleo de material ferromagntico o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submltiplos mH y mH.

Existen bobinas de diversos tipos segn su ncleo y segn tipo de arrollamiento.Su aplicacin principal es como filtro en un circuito electrnico, denominndose comnmente, choques. Caractersticas 1. Permeabilidad magntica (m).- Es una caracterstica que tiene gran influencia sobre el ncleo de las bobinas respecto del valor de la inductancia de las mismas. Los materiales ferromagnticos son muy sensibles a los campos magnticos y producen unos valores altos de inductancia, sin embargo otros materiales presentan menos sensibilidad a los campos magnticos.El factor que determina la mayor o menor sensibilidad a esos campos magnticos se llama permeabilidad magntica.Cuando este factor es grande el valor de la inductancia tambin lo es.2. Factor de calidad (Q).- Relaciona la inductancia con el valor hmico del hilo de la bobina. La bobina ser buena si la inductancia es mayor que el valor hmico debido al hilo de la misma.TIPOS DE BOBINAS1. FIJAS Con ncleo de aireEl conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas. Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o ms bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.Con ncleo slidoPoseen valores de inductancia ms altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magntica. El ncleo suele ser de un material ferromagntico. Los ms usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan ncleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentacin sobre todo). As nos encontraremos con las configuraciones propias de estos ltimos. Las secciones de los ncleos pueden tener forma de EI, M, UI y L.

Bobina de ferritaBobina de ferrita de nido de abeja Bobinas de ferrita para SMD Bobinas con ncleo toroidal

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores inductivos en un volumen mnimo.Las bobinas de ncleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magntico cerrado, dotndolas de un gran rendimiento y precisin. Las bobinas de ferrita arrolladas sobre ncleo de ferrita, normalmente cilndricos, con aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista prctico ya que, permite emplear el conjunto como antena colocndola directamente en el receptor.

Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso tienen la ventaja de su mnimo coste pero son difcilmente ajustables mediante ncleo.TRANSISTORESEl transistor es un dispositivo electrnico semiconductor utilizado para producir una seal de salida en respuesta a otra seal de entrada. 1 Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El trmino transistor es la contraccin en ingls de transfer resistor (resistencia de transferencia). Actualmente se encuentran prcticamente en todos los aparatos electrnicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lmparas fluorescentes, tomgrafos, telfonos celulares, entre otros.TRANSISTORES COMO AMPLICADORESUna de las aplicaciones mas importantes de los transistoreses la amplificacion de seales electricas de amplitud variable, tanto de voltaje como de corriente. Dependiendo de la funcion que se quiera realizar, los circuitos amplificadores pueden ser de diversos tipos, tales como amplificadores de potencia, amplificadores sintonizados, etc. a su vez los amplificadores constituyen la base de otros circuitos mas complejos.

4.1Tcnicas de recoleccin Para realizar la obtencin de informacin lo primero que se verifico fue la existencia de videos correspondientes al tema, en lo cual se encontr la forma ms adecuada para realizar esta monografa.Buscar la informacin adecuada de los componentes necesarios como son los Bobinas, transistores, resistencias y condensadores.Buscar la informacin de cmo estos componentes trabajan en conjunto y que forman.Despus se tuvo que buscar la informacin de osiladores y amplificadores esto para poder aumentar el campo magntico producido por la bobina y as poder mejorar la transmisin de bobina a bobina. 5. Bibliografa https://www.youtube.com/watch?v=lQHBs_fRCPIhttps://www.youtube.com/watch?v=BpBcr5cAZFkhttps://www.youtube.com/watch?v=NZSEXf9FLj8http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Las-bobinas.phphttp://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/EL%20TRANSISTOR.htmhttp://www.slideshare.net/maxteren/campos-magneticos-4424647http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/Mmfield.htmlhttp://www.fisicanet.com.ar/fisica/ondas/ap04_ondas_electromagneticas.php