36 CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
1 Tipo y diseño de investigación
Delimitado por el planteamiento descrito en los capítulos anteriores, un sistema WPT se llevará a cabo a razón de los aspectos teóricos que caracterizan la tecnología de la resonancia magnética en fuerte acoplamiento (RM), y técnicos donde la fase de estructuración del submódulo de amplificación de radiofrecuencia en potencia, las redes resonantes, la simulación del comportamiento de las variables electromagnéticas a través del FEM y una evaluación ligada a la los índices límites de exposición humana, determinan susentido metodológico actual.
La investigación es de tipo descriptiva en la segmentación del diseño de arquitectura hardware y análisis de operatividad, acorde a la definicióndada porBlessing y Chakrabarti (2009, pág. 31), donde «se describen las distintas características de los elementos presentes en la composición del sistema, con el fin de establecer su comportamiento». Mientras, Wieringa (2014, pág.
332) habla de «detallar las propiedades de los objetos ligados al fenómeno situado alrededor del funcionamiento del sistema».
También, es del tipo explicativa donde se emprende el modelo matemático particular del modo físico aplicado para fines de energización a distancia, acorde a la definición dada por Blessing y Chakrabarti (2009, pág.
40), donde «detalla minuciosamente las numerosas especificaciones del
proceso de diseño y prueba». Meintras, Wieringa (2014, pág. 70) habla de
«señalar la estructura conceptual contenida en cada uno de los elementos y eventos que hacen parte del medio estudiado».
Asimismo, el diseño es de una investigación tipo exploratoria en unnivel cuantitativo, al tratarse de una tecnología aún en desarrollo y un diseño de campo alrededor de la ingeniería eléctrica, electrónica y comunicaciones;
esto afín a las nociones idealistas del método científico en ingeniería expuestas por Pahl y otros (2013, pág. 16), señalando que «el propósito de un proceso de diseño de estudio de este tipo, no debe manejarse de manera estática, sino dinámicamente con un ritmo de aprendizaje por avance».
Mientras, Thiel (2014, pág. 231) define que «las variables de entorno se van definiendo a medida que se explora cada partición del sistema, dando resultados no exactamente previstos».
Durante la evaluación de parámetros, la ejecución de los cómputos según las variables dinámicas que describan el análisis del circuito eléctrico (diseño hardware) y el desarrollo matemático del comportamiento electromagnético, se llevan a cabo para unatotalización de resultados e índices proyectados a validar la aplicabilidad del sistema en un contexto experimental, sirviendo como criterios las referencias documentales de la A4WP,el IEEE y la ICNIRP acotada en el capítulo 4.
2 Unidad de análisis
Para la investigación actual, una propuesta general de diseño hardware de un sistema WPT para energización P _ _ a 6.5 W y 13 W para aparatos electrónicos móviles es expuesta. Los parámetros de verificación abarcan las cuantificaciones de los factores eléctricos obtenidos desde las unidades de amplificación PTU y PRU estructuradas, según las definiciones
de Calabrese(2006, pág. 166),señalando que «son los componentes primarios a ser analizados durante el estudio […] y del cual el investigador directamente recolecta datos para el análisis». Y por supuesto,los métodos de ingeniería de diseño de sistemas RF detallados por Kazimierczuk (2015, pág. 164) y Bowick (2008, pág. 125).
En la evaluación de la unidad de análisis, los parámetros de funcionamiento de las tres particiones del sistema (amplificador, resonador PTU y resonador PRU de carga) son calculadosprocurándose estimación de la selección de los integrados, proceso semejante a la mayoría de los métodos de diseño sobre hardware electrónico RF, por medio de software NI Multisim.
También, la observación directa del comportamiento proyectado sobre un escenario empírico de pruebas, las redes resonantes dentro de las unidades PTU y PRU son testadas en simulación mediante software FEM NI AWR EDA, a fin de una estimación de la cobertura magnética de carga posibilitada con la configuración de amplificación RF, la relación efectiva de los factores IMN y las corrientes contenidas, como índices yadetalladosdurante el análisis esquemático.
3 Fases de la investigación
La ejecución de la investigación está concentrada en siete fases donde los diferentes objetivos específicos son consumados, identificando los distintos factores que entornan la ingeniería de diseño del sistema, junto con el razonamiento teórico-matemático de la tecnología aplicada.Se destaca un patrón asimilador de las líneas base especificadas por A4WP: Rezence de la documentación A4WP-S-0001 v1.3. en los aspectos del modelo de hardware, los parámetros de referencia que sean pertinentes señalizar en el contexto
actual del sistema, y la proyección sobre su óptimo funcionamiento:
Fase I. Factores de los modos en acoplamiento entre redes LRC
Expone el desarrollo teórico del régimen físico del acoplamiento (CMT), partiendo de la justificación del modelo matemático aplicado al comportamiento de una red LRC, con y sin guía de onda conectada, la interacción entre varias similares en un rol que les define como resonadores y acopladores, incluyéndose el efecto relevo y clasificación de las variables eléctricas envueltas durante un intercambio energético suscitando los modos de acoplamiento.
Fase II. Factores del régimen de resonancia magnética entre resonadores LRC acoplados
Expone el desarrollo teórico del fenómeno de alta resonancia magnética (RM), derivado de los conceptossobre la resonancia eléctricadada a través de redes resonantes LRC ( + 1⁄ = 0), que actúan en modos de acoplamiento fuerte, no irradiante, con razonamiento matemático aplicado en perspectiva a los factores electromagnéticos ±, ± de su funcionamientoexperimental como un proceso WPT en potencia con viabilidad de aplicación.
Fase III. Análisis del circuito eléctrico del sistema WPT
Expone la aplicación de los métodos triviales de análisis de circuitos eléctricos y líneas de transmisión electromagnéticas (Kirchoff, líneas de transmisión electromagnéticas, coeficiente de reflexión Γ, ), para una evaluación generalizada de un sistema WPT compuesto por resonadores LRC, con visualización de factores en términos de impedancia, voltajes y
potencia, además de los valores críticos de ejecución considerando la sujeción a un fuerte régimen de resonancia magnética acoplada, junto a los factores de linealidad parámetros-S y parámetros-Z.
Fase IV. Diseño esquemático del sistema WPT
Contiene todo el desarrollo de ingeniería de hardware del sistema. De ello, la arquitectura es presentada en particiones denotadas por las líneas base de la A4WP: Rezence, detallada sobre el patrón de implementación electrónico definido. El esquema eléctrico es presentado en visualización de software de diseño electrónico NI Multisim, con cómputos de diseño expuestos a partir del análisis cuantitativo de las unidades de transferencia PTU y PRU. La constitución del amplificador de potencia RF y el proceso IMN son descritos en este índice, en compatibilidad con las especificaciones A4WP-S-0001 v1.3 y AirFuel Alliance.
Fase V. Parámetros de eficiencia eléctrica del sistema WPT
Devenidos de las fases teóricas del trabajo, se evalúan los parámetros y coeficientes eléctricos generales de eficiencia inmersos en el funcionamiento del equipo (p. ej.η , , relaciones de potencia directa y reflejada con las pérdidas por inserción,y descripción de los factores críticos), en proyección del comportamiento proexperimental del sistema y su régimen RM, en conjunto con los índices de pérdidas intrínsecas aparentes y posibles versatilidades para optimización.
Fase VI. Análisis FEM de resonadores PTU-PRU
Expone la simulación de elementos finitos FEMde las redes resonantes en utilización del softwareNI AWR EDA, tomándose en cuenta los factores
electromagnéticos y características materiales bajo un funcionamiento de resonancia magnética acoplada, donde se detallan las magnitudes de eficiencia a través del vector Poynting y de esparcimiento magnético proyectado.
Fase VII. Niveles de exposición humana
Los niveles de las variables electromagnéticas computadas que entornan la ejecución del sistema son contrastados con las limitaciones óptimas indicadas por el IEEE Std. C95.1-2005 y la guía de la ICNIRP para la exposición humana ante campos electromagnéticos no ionizantes, variables en el tiempo hasta 300 GHz., siendo la tasa SAR y niveles de y los estimados teóricamente.
