¿Cansado de cables enredados? ¿Podría un cargador inalámbrico ser la respuesta? Hay momentos en los que puede parecer que estamos viviendo en el futuro. Tenemos dispositivos que podemos sostener en nuestras manos y usar para recuperar información almacenada en computadoras en enormes centros de datos en todo el mundo. Podemos ver una película en un dispositivo, cambiar a otro dispositivo y continuar justo donde lo dejamos. Podemos automatizar nuestros hogares para realizar tareas aunque estemos al otro lado del mundo.
Pero luego siempre hay una llamada de atención. ¿Dónde están nuestras mochilas propulsoras? ¿Dónde están nuestros coches voladores? ¿Y qué diablos se supone que debemos hacer con todos estos malditos cables?
Esa última pregunta se vuelve cada vez más relevante a medida que adquirimos más dispositivos móviles. Los teléfonos inteligentes, los lectores electrónicos, las tabletas y los reproductores de música portátiles son solo el comienzo. Y cada uno de estos dispositivos requiere energía para funcionar, lo que significa que tarde o temprano tendrás que cargarlos. Ahí es cuando esos cables realmente se vuelven irritantes.
Es posible que tenga que lidiar con cables patentados para varios dispositivos, lo que significa que cada cable se ajustará a uno, y solo a uno, de sus dispositivos. Si no tiene suerte en la ruleta de cable, debe seguir agarrando cables hasta encontrar el correcto. Y si tienes que recargar todo a la vez, tienes un tecnopulpo esperando para enredarte.
Pero hay formas de transmitir energía y cargar dispositivos sin cables. Hay varios productos en el mercado hoy en día que puede usar para recargar un dispositivo simplemente colocando el dispositivo en una plataforma de carga. Luego, como por arte de magia, la energía se transmite desde la almohadilla al dispositivo. Pero no es magia, ¡es ciencia!
Contenido- Desde Tesla hasta hoy
- Imanes, electricidad y acoplamiento inductivo
- Potencia de transmisión
- ¿Conexiones conductivas, transmisiones de radio y Wi-Fi?
- Nota del autor
Desde Tesla hasta hoy
Nikola Tesla era todo un personaje. Fue un genio excéntrico cuyo trabajo a finales del siglo XIX y principios del XX revolucionó la ingeniería electrónica. Fue un pionero en campos que van desde las transmisiones de radio hasta el desarrollo de electricidad de corriente alterna. Tesla también tuvo bastantes rivales:su trabajo pellizcó las narices de algunos de los más grandes inventores de la época, incluidos Thomas Edison y Guglielmo Marconi.
Tesla presentó muchas patentes durante su vida. Uno de ellos apareció en la oficina de patentes el 18 de enero de 1902. El título de la patente era "Aparato para transmitir energía eléctrica". En la patente, Tesla describe un dispositivo que creía que podía transmitir energía eléctrica de un conductor a otro sin necesidad de cables. En última instancia, el trabajo de Tesla en este campo fracasó debido a obstáculos financieros y de ingeniería. Pero el sueño no murió con Nikola Tesla.
La transmisión de energía a través de ondas de radio al principio parecía prometedora. Un buen ejemplo de cómo las ondas de radio pueden transmitir energía es una radio de cristal . Esta radio básica consta de un cable largo como antena, un diodo, otro cable que actúa como cable de tierra y un auricular de cristal. Al unir los dos cables a cada extremo del diodo, conectando el cable de tierra a una estaca de metal en el suelo y conectando el auricular de cristal a los extremos del diodo, esta radio puede captar ondas de radio que realmente puede escuchar, pero no necesita una batería u otra fuente de energía para escucharlos:las ondas de radio en sí proporcionan la energía.
El problema con las transmisiones de ondas de radio es que no son muy eficientes. Las ondas de radio se propagan a medida que se transmiten; solo un porcentaje relativamente pequeño de ellas lograría llegar a la antena del dispositivo de carga. Pero existen otros métodos para enviar electricidad de forma inalámbrica, incluso a través de microondas o magnetismo. El enfoque magnético realmente resonó entre los ingenieros que buscaban una manera de deshacerse de esos cables de carga adicionales.
Pioneros inalámbricosTesla no fue el único ingeniero con visión de futuro que consideró la transmisión de energía inalámbrica. Daniel Watts Troy presentó una patente en 1903 para un método de transmisión de energía sin el uso de cables.
Imanes, Electricidad y Acoplamiento Inductivo
Para comprender cómo funcionan los cargadores de energía inalámbricos, debemos observar cómo se relacionan el magnetismo y la electricidad. ¡Es una relación que hace posibles cientos de tipos diferentes de dispositivos electrónicos!
Primero, tomemos un electroimán. Es fácil hacer un electroimán simple:todo lo que necesita es una batería, un cable de cobre aislado y un clavo de hierro. Envuelva el cable alrededor del clavo de hierro, dejando suficiente cable en cada extremo para conectarlo a la batería. Cada vez que envuelvas la uña, asegúrate de hacerlo en la misma dirección. Cuantas más bobinas hagas alrededor del clavo, más fuerte será tu electroimán.
Una vez que haya envuelto la uña en un cable aislado, puede conectar los dos extremos del cable a los terminales de una batería. La electricidad fluye a través del alambre enrollado, generando un campo magnético a lo largo del clavo. Puedes usar el clavo para recoger otros clavos a través del magnetismo. Si cambia los extremos del cable a los terminales opuestos de la batería, invertirá la polaridad de su electroimán:lo que era el extremo norte del imán se convierte en el extremo sur y viceversa.
Si ensambla una segunda bobina de alambre y la coloca cerca de la primera, puede usar el campo magnético de su electroimán para crear un flujo de electrones en la segunda bobina. Si conecta esa segunda bobina de cable a un voltímetro, podrá ver la aguja o el cambio de lectura cada vez que conecte o desconecte los cables de la batería.
Esto se debe a que exponer una bobina de alambre a un campo magnético cambiante puede inducir que la electricidad fluya a través de ese alambre. La clave es que el campo magnético debe cambiar para mantener el flujo de electricidad; un campo magnético estable no funcionará como inductor.
Una batería proporciona electricidad en corriente continua; la electricidad siempre fluye en la misma dirección. Pero si conectas un electromagnético a una corriente alterna -- un circuito en el que la electricidad fluye primero en una dirección y luego en la otra muchas veces por segundo -- alternas la polaridad del electroimán en el tiempo con los cambios en la dirección de la corriente. Eso crea un campo magnético en constante cambio, la condición perfecta para inducir electricidad.
Señales cruzadasEl campo magnético de un electroimán depende de la dirección de la corriente eléctrica. Si tuviera que enrollar un cable alrededor de un clavo y cambiar la dirección de la corriente de vez en cuando, debilitaría el campo magnético ya que las señales opuestas se cancelarían entre sí.
Potencia de transmisión
Algunas estaciones de carga inalámbricas le permiten cargar varios dispositivos al mismo tiempo. La mayoría de las soluciones inalámbricas de carga móvil se basan en el acoplamiento inductivo. Este es un enfoque típico:
La estación de carga adopta la forma de un tapete u otra superficie plana. Dentro de la estera hay una o más bobinas de acoplamiento inductivo. El tapete en sí está cableado:debe enchufarlo a un tomacorriente de pared. Dado que la electricidad que llega a tu casa es corriente alterna, el tapete proporciona la electricidad que las bobinas necesitan para generar un campo magnético cambiante.
Tus dispositivos móviles necesitan un estuche o accesorio especial para aprovechar este campo magnético. Algunos fabricantes fabrican dispositivos con carcasas y componentes electrónicos que facilitan el acoplamiento inductivo; el Palm Pre tenía esta característica. Pero la mayoría de los fabricantes fabrican equipos que aún requieren cables o alambres para recargarse. Para estos dispositivos, es posible que deba usar fundas especiales:cada funda se ajusta a un modelo particular de un dispositivo. O puede que tenga que conectar un adaptador que se conecte al puerto de carga de su dispositivo móvil. El manguito o adaptador tendrá la bobina correspondiente a las bobinas inductoras de la superficie.
Ya sea que su dispositivo admita de forma nativa el acoplamiento inductivo o requiera una funda o un adaptador, su próximo paso es colocar el dispositivo en la superficie de carga. Las bobinas inductoras dentro de la alfombrilla generan el campo magnético que induce la electricidad dentro de su dispositivo, funda o adaptador. Esta electricidad luego recarga la batería de su dispositivo. Debido a que no pasa corriente directa entre el tapete y el dispositivo, es perfectamente seguro tomar un dispositivo cuando está en movimiento.
El acoplamiento inductivo es útil pero tiene algunas desventajas. El mayor inconveniente es que no funciona a grandes distancias. Si coloca un dispositivo demasiado hacia un lado, es posible que no esté recargando la batería. Algunas superficies de carga inalámbrica intentan compensar esto delineando dónde debe encajar un dispositivo en la superficie o creando áreas elevadas en las que encajan los dispositivos para asegurarse de que las bobinas estén lo suficientemente juntas para funcionar.
Si bien el acoplamiento inductivo es el enfoque más común para los cargadores inalámbricos, no es el único juego en la ciudad. Veamos algunas alternativas a la inducción.
¿Conexiones conductivas, transmisiones de radio y Wi-Fi?
El diseño de Palm Pixi le permitía cargar el teléfono inteligente con solo colocarlo en una estación de carga. Otro enfoque para la recarga inalámbrica de dispositivos móviles utiliza una ruta más directa. Esteras conductoras de recarga crear un circuito eléctrico directo entre un dispositivo móvil y una superficie de carga. La superficie del dispositivo de carga tiene tiras de metal conductor. Cuando un dispositivo con los contactos eléctricos correspondientes toca estas tiras de metal, la electricidad fluye hacia el dispositivo.
Para que esto funcione, el dispositivo debe tener los contactos incorporados en su caja o una funda especial que tenga los contactos. Colocas tu dispositivo en la funda adecuada (cada modelo y tipo de dispositivo necesita el suyo) y colocas el dispositivo en la funda en la parte correcta de la superficie, asegurando el contacto. Esto crea un circuito y carga tu dispositivo.
Debe asegurarse de que los contactos en la manga coincidan con las tiras conductoras en la superficie del cargador o no creará un circuito. Pero las tiras conductoras pueden ser más eficientes que el acoplamiento inductivo, que según el Wireless Power Consortium promedia entre el 50 y el 70 por ciento de eficiencia [fuente:Higginbotham]. Eso significa que al menos el 30 por ciento de la energía necesaria para hacer funcionar la estación de carga se desperdicia, incluso en un sistema de acoplamiento inductivo eficiente.
Si bien la transmisión de energía por radio no es eficiente, es posible diseñar una estación de carga que convierta las ondas de radiofrecuencia en electricidad de corriente continua. Pero a menos que tenga una antena grande y una fuente de transmisión particularmente poderosa, no obtendrá mucha electricidad de las señales ambientales que lo rodean.
En 2010, RCA anunció que la empresa estaba desarrollando una estación de carga inalámbrica que podría aprovechar las señales WiFi y convertirlas en electricidad. Si tal dispositivo pudiera funcionar, podría ser un gran recurso en cualquier lugar que tuviera un punto de acceso WiFi. Pero matemáticamente, tal dispositivo no es práctico. Los enrutadores WiFi solo emiten una pequeña cantidad de energía, a menudo alrededor de una décima parte de un vatio. Un convertidor solo capturaría una fracción de esa energía, lo que significa que cargar algo como una batería solo una vez podría llevar décadas si depende completamente de las señales WiFi para suministrar energía.
¿Por qué sólo una pequeña fracción? Es porque las emisiones de energía obedecen a la ley del cuadrado inverso . Esta es una ley que establece que cualquier fuente puntual que se extienda uniformemente en todas las direcciones, como una onda de radio, reducirá su intensidad en relación con la distancia desde la fuente. Cuando comienza con una emisión de energía de baja potencia y luego se aleja de la fuente, la intensidad disminuye rápidamente.
Con tantas opciones de cargadores inalámbricos, es posible que estemos cerca de decir adiós a los cables enredados y los enchufes patentados, ¡y buen viaje!
Nota del autor
Vi mi primera estación de carga inalámbrica en una visita a CES. Pensé que era una gran idea. Pero había varios inconvenientes. Muchos requerían que colocara sus dispositivos electrónicos en una funda voluminosa que casi duplicaba el peso del dispositivo, y se suponía que debía mantener la funda puesta todo el tiempo. Si no colocó correctamente el dispositivo en la plataforma de carga, su dispositivo no se cargará. Y aún tenía que conectar la estación de carga a la pared. Pero incluso con los inconvenientes, la promesa de un teléfono sin cables era muy atractiva. Ojalá los teléfonos como el Palm Pre hubieran tenido un mayor impacto para que veamos que la carga inalámbrica se convierte en un estándar en todos los dispositivos.