Análise e simulação de arquitetura para geração de energia elétrica a partir do campo magnético de ondas eletromagnéticas

Abstract

Este trabalho aborda análise e simulação de uma proposta de arquitetura para geração de energia elétrica a partir do campo magnético de ondas eletromagnéticas. Busca-se uma revisão de arquitetura dos dispositivos empregados na geração de energia a partir dessas ondas e análise da sua capacidade de uso; abrindo espaço para novas aplicações tecnológicas. Este trabalho apresenta um panorama teórico que inclui tecnologias relacionadas ao tema, considera a modelagem matemática para a realização de experimentos em ambiente computacional e o desenvolvimento de conceitos de prova para a avaliação em ambiente experimental. No campo das simulações são modeladas e analisadas arquiteturas para transdução da energia do campo magnético em energia elétrica. A abordagem explora o uso simultâneo de múltiplas ondas eletromagnéticas pretendendo atingir uma maior potência de saída. A arquitetura proposta tem por objetivo se beneficiar da captura de ondas eletromagnéticas do meio sem a utilização de filtros ou pontes retificadoras para a geração de energia elétrica. Adicionalmente, desenvolve-se um circuito elétrico para uso conjunto à estrutura para transformação da tensão. As grandezas elétricas deste circuito são monitoradas para avaliar o comportamento do sistema. No âmbito experimental uma espira de material condutor elétrico é submetida a uma determinada onda eletromagnética e observa-se o surgimento de tensão elétrica no circuito elétrico em que está inserida. Os resultados das simulações computacionais validam a arquitetura proposta como captora e transdutora de energia magnética em elétrica com utilização de espectro de ondas eletromagnéticas simultâneas. O circuito elétrico modelado exprime sua usabilidade ao fornecer elevação de tensão a partir de fontes elétricas alternadas com diferentes frequências. E apresenta correspondência entre as formas de ondas teórica e mensurada. Em bancada conseguiu-se mostrar que o conceito de interação da espira elétrica com campo magnético de onda eletromagnética é válido. Embasado pela revisão teórica, as simulações computacionais e o experimento, o trabalho encaminha-se para as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

Abstract: This study approach analysis and simulation of an architectural model proposed for the generation of electrical energy from the magnetic component of electromagnetic waves. The objective is to review existing energy-harvesting device architectures, analyze their applicability, and thereby foster new technological developments. The work presents a theoretical overview encompassing technologies pertinent to the topic, mathematical modeling for simulation in computational environments, and the formulation of test concepts for subsequent experimental validation. In the simulation phase, architectures capable of transducing the magnetic field energy into electrical energy are modeled and analyzed. The approach exploits the simultaneous use of multiple electromagnetic waves to achieve higher power output. The proposed architecture is designed to capture ambient electromagnetic waves without reliance on filters or rectifier bridges. Furthermore, an electrical circuit is developed to operate in conjunction with the system, enabling voltage transformation. Electrical parameters of the circuit are monitored to assess the system?s dynamic behavior. Experimentally, a coil composed of electrically conductive material is exposed to a targeted electromagnetic wave, and the induction of voltage within the circuit is observed. Results from computational simulations confirm the viability of the proposed architecture as both a capturer and transducer of magnetic field energy into electrical energy, utilizing a spectrum of simultaneous electromagnetic waves. The designed electrical circuit demonstrates its applicability by enabling voltage amplification from alternating electrical sources of varying frequencies, showing consistency between theoretical predictions and empirical waveforms. Experimental findings corroborate the concept of interaction between the coil and the magnetic field of an electromagnetic wave. Based on the literature review, simulation outcomes, and experimental evidence, the study ending with conclusions and directions for future research.