¿Cuál es el rendimiento de un cargador de móvil?

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Hace bastante tiempo descubrimos en Nergiza que la mayoría de los cargadores (móvil, tablet, etc.) tienen un pequeño consumo aun cuando no tienen el dispositivo a cargar conectado. Esta vez vamos a ir un poco más allá tratando de conocer el rendimiento de este tipo de cargadores ¿Se desperdicia mucha energía en el proceso de carga?.

rendimiento cargador

Todos sabemos que un cargador tiene un pequeño calentamiento cuando se encuentra suministrando energía a la batería de nuestro dispositivo, este calor es realmente energía que se desperdicia, ya que no va a parar a la batería si no al ambiente. ¿Cuánta energía se pierde exactamente?

Para determinar esta cantidad hemos hecho un pequeño montaje que mide la energía consumida de la red eléctrica (corriente alterna 230V) y a su vez la energía que sale del cargador (corriente continua). Para esta segunda parte hemos utilizado el Watt Meter que hemos revisado en Nergiza anteriormente y tanto juego nos está dando 🙂

Aquí están nuestros voluntarios para este experimento:

  • Sujeto nº 1: Cargador USB de 2A, del tipo que se usan para cargar tablets y dispositivos grandes.
  • Sujeto nº2: Cargador USB de 0,5A, de los que habitualmente se utilizan para móviles y otros dispositivos más pequeños.
  • Sujeto nº3: Cargador de móvil Nokia de hace 5 ó 6 años.

 

Cargador USB 2A

Hemos probado con dos dispositivos: un Kindle (Ebook) y una tablet 10″. Al cargar el ebook absorbíamos de la red 3,4W mientras que del cargador salían solamente 3W en corriente continua, obteniendo un rendimiento del 88%.

cargador usb 2A

En el caso de la tablet el consumo es algo mayor, 11,1W de la red que se transforman en 8,7W a la salida del transformador, los 2,4W restantes se emiten en forma de calor. Resultado: 78% de eficiencia.

 

Cargador USB 0,5A

Este cargado lo hemos utilizado con los mismos dispositivos que en el caso anterior, obteniendo unos rendimientos del 80% para el Ebook y del 72% para la tablet, algo peor que el caso anterior.

Es interesante destacar que a la hora de cargar la tablet, no es lo mismo hacerlo con un cargador adecuado (2A) que con uno cualquiera con la misma clavija, ya que en el primer caso el cargador suministraba 1,73A y en el segundo solamente 0,55A lo que hará que nuestra tablet tarde más del triple de tiempo en cargarse. Más info en el post: ¿Puedo intercambiar los cargadores de mis gadgets si usan la misma clavija?.

 

Cargador Nokia

En este caso, debido a que la clavija de conexión que trae el cargador es específica, solo ha sido posible cargar un móvil Nokia, obteniendo un resultado un tanto extraño, ya que inicialmente (1 minuto aprox) la tensión de carga es bastante alta 7,2V y el rendimiento malo 25%, pasando luego a bajar la tensión a 5V y mejorar la eficiencia equiparándose con valor similares a los anteriores (80%).

 

cargadores misma clavija

 

Conclusión

Aunque nuestro laboratorio no es de alta precisión ni hemos hecho las suficientes pruebas para afirmarlo rotundamente, parece que el rendimiento de los cargadores de móvil, tablet, etc. es de aproximadamente el 80%. 

Puede parecer que no es muy bueno, pero quizás nuestro punto de vista cambie si lo comparamos por ejemplo con rendimiento del motor de un coche, que ronda el 25%-30%. Incluso podríamos decir que el motor de nuestro coche es más un calefactor que un motor 🙂

 

31 Comentarios

  1. Muy interesante el post. Para valorar el nivel de rendimiento que habéis medido hay que tener en cuenta que el alimentador no es tan sencillo como pudiera parecer. Partimos de una tensión ALTERNA senoidal de baja frecuencia (50 Hz), de 230V (valor eficaz) y debemos conseguir una tensión CONTINUA de 5V. El proceso de conversión que se sigue es el siguiente.
    1. Rectificar y filtrar la tensión alterna de 230 Vrms para convertirla en una tensión continua de 325V.
    2. Trocear la tensión continua para convertirla en una tensión alterna rectangular de alta frecuencia, (50-150 kHz) y del orden de 450-700V de pico a pico. El valor de la frecuencia y la tensión depende de la topología electrónica elegida para el convertidor.
    3. Alimentar el primario de un transformador electrónico con esa tensión, obteniéndose en el secundario una tensión alterna rectangular de la misma frecuencia y de aprox. 10-20V de pico a pico.
    4. Rectificar y filtrar esa tensión alterna del secundario para obtener los deseados 5V de tensión continua.
    6. A todo ello hay que añadir el circuito de control, que mantiene la tensión de salida estable a 5V independientemente de las variaciones tanto en la carga como en la tensión del enchufe.
    7. Además, el convertidor debe garantizar aislamiento eléctrico entre el lado primario conectado a la red y el secundario conectado al dispositivo alimentado, para impedir la electrocución accidental del usuario.
    Todos los elementos descritos tienen algunas pérdidas y dado el pequeño volumen que ocupa el alimentador, rendimientos en torno al 85% es lo máximo que se puede conseguir.

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    • Veo que sabes de electrónica. Yo estoy aprendiendo y me gustaría poder preguntarte algunas cosas por privado sobre este tema, quizás en mi cuenta de facebook (Abner Manuel Pérez) o por e-mail (no me gusta dar mi e-mail en público por lo del spam)

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  2. Habría que tener en cuenta que la batería también se calienta mientras se carga, así que hay mas perdidas además de ese 20%…

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    • Cierto, pero en este post estamos hablando exclusivamente del rendimiento del cargador, no del proceso entero de carga. Si tomásemos la energía desde su fuente primaria de generación también tendríamos un rendimiento mucho peor que el que hemos medido.

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      • Vaya Carlos, mientras yo redactaba la respuesta a Ricardo tenía la página “congelada” y no he visto que tú ya habías contestado hasta que se ha publicado mi comentario. Bueno, veo que las dos respuestas coinciden básicamente, saludos y ánimos para continuar con este excelente blog.

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    • En efecto Ricardo, no toda la energía eléctrica que suministra el cargador en su salida se convierte en energía química almacenada en la batería como sería de desear, una parte se disipa en forma de calor en la propia batería.
      Pero esa parte no cuenta a la hora de valorar el rendimiento del CARGADOR, (el título del post es ¿CUÁL ES EL RENDIMIENTO DE UN CARGADOR DE MÓVIL?) Por definición el rendimiento de un convertidor eléctrico es el cociente entre la energía eléctrica de salida y la energía eléctrica de entrada. Ello permite comparar unos cargadores con otros.
      Si el objetivo fuese conocer el rendimiento del PROCESO de carga, (no solo del cargador), para un conjunto formado por un cargador y una batería, entonces evidentemente habría que tener en cuenta las pérdidas de calor en la propia batería como tú señalas.
      En realidad, el parámetro de eficiencia más significativo de un conjunto cargador+batería es el rendimiento de un ciclo completo carga-descarga.
      Grosso modo, se parte de la batería descargada y se mide la energía eléctrica necesaria absorbida de la red para cargar la batería. A continuación se desconecta el cargador y se mide el total de energía eléctrica que la batería proporciona a la carga hasta que queda descargada, (en el proceso de descarga no toda la energía química se transforma en energía eléctrica, también una parte se pierde en forma de calor que calienta la batería) El cociente entre estas dos energías eléctricas es el rendimiento global del proceso carga-descarga del conjunto cargador+batería.

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  3. Este es un tema espinoso, que se suele pasar por alto cuando se habla de, por ejemplo, los coches eléctricos. Está muy bien que un motor eléctrico tenga un 90% respecto al 20-30% de uno de combustión, pero si en la carga de la batería perdemos un 20% de energía, los números no salen también.

    Mirando estos números, y sin saber gran cosa de electricidad, parece que cuanto más rápida y “potente” es la carga, mejor eficiencia. Supongo que es por eso (y para tener menor tiempo de recarga, claro) que las recargas en coches eléctricos cada vez las hacen a mayor potencia (los superchargers de Tesla cargan a 100 kW).

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    • Supongo que uno de los motivos también será que cuando se trata de cargadores pequeños (móviles, etc…), los fabricantes ponen menos interés en la eficiencia ya que la energía que se transfiere es muy poca por lo tanto las pérdidas también aunque el rendimiento sea malo. Si se trata de cargadores grandes cuidarán más ese tema.
      No he hecho la prueba con ningún cargador de coche eléctrico pero espero poder hacerla algún día. 🙂

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    • Jesús, el rendimiento de grandes cargadores para grandes baterías es superior al 85% del que se habla aquí de los pequeños cargadores para teléfonos y tablets.
      Se obtienen rendimientos del ciclo completo de carga/descarga, (ese proceso lo he explicado en el comentario 16/07/14, 17:41) del orden del 90%
      Que la potencia de carga intente ser lo más alta posible es fundamentalmente para disminuir el tiempo necesario para recargar la batería.

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      • Sí, supongo que en grandes cargadores habrá mejor eficiencia. Yo es que recordaba haber visto algún análisis de coche eléctrico en el que se molestaban en medir la eficiencia de la carga doméstica, y la cosa rondaba ese 20% de energía perdida. Que escuece especialmente porque es la que nos cobran en la factura (los superchargers de Tesla y muchos puntos públicos de recarga son gratuitos).

        Pero bueno, supongo que son detalles que se irán puliendo. Al menos espero que no entre mucho la moda de la carga inalámbrica, y pasemos de eficiencias del 80-90% al 20-30%… 🙁

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  4. Carlos una curiosidad, ¿con que programa haces estos dibujos tan bonitos?
    En concreto el del teléfono cargándose de este post me parece muy chulo.

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  5. La mayoría de la energía que se pierde es en la etapa de rectificación de alterna a continua. La etapa de transformación debería tener un rendimiento de más del 90-95%.

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    • No estoy (respetuosamente) de acuerdo. Los diodos rectificadores y los condensadores de filtro tienen pérdidas muy reducidas, pues manejan corrientes muy pequeñas. Son las etapas 2, 3 y 6, (descritas en el comentario de Albert 16/07/2014 a las 12:51, donde por cierto veo que me salté el 5 y pasé directamente de etapa 4 a etapa 6), las que consumen la mayor parte de la energía que no llega a la salida.

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      • Hola Albert,
        yo no sé mucho de electrónica, pero algo si de potencia y te puedo garantizar que un transformador tiene rendimientos del 95% tranquilamente. Ahora, si el transformador es electrónico y no bobinado como los habituales puede ser que el rendimiento sea menor. La verdad es que lo desconozco.
        Saludos.

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        • JotaJota, creo que los transformadores que incluyen los cargadores de móviles, tablets, etc… son todos electrónicos hoy en día. Los bobinados son habituales pero otro tipo de equipos.

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        • Así es JotaJota, hay que matizar. La frase popular “Los transformadores tienen altísimos rendimientos, superiores al 95%” se toma como verdad universal cuando NO lo es. Solo es cierta cuando los transformadores son GRANDES, grosso modo de potencia superior a 1 kVA y de BAJA FRECUENCIA, 50-60 Hz. (Transformadores de alta tensión de por ejemplo 2 MVA pueden tener un rendimiento incluso superior 99%)
          Pero cuando son pequeños, aunque sean de baja frecuencia, su rendimiento es muy pobre, por ejemplo transformadores de red 50-60 Hz de menos de 2 VA como estos del link tienen rendimientos que apenas rondan el 60% http://www.crovisa.com/espanol/ncpde1-2.htm
          Por otro lado, si las frecuencias de trabajo son grandes, decenas o cientos de kHz, los rendimientos también disminuyen, debido al aumento de pérdidas en el núcleo con la frecuencia y a la aparición de los efectos pelicular y de proximidad que producen pérdidas óhmicas en los conductores del transformador.

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    • Yo tampoco estoy de acuerdo, según mediciones que yo mismo he hecho, el puente de diodos sólo utiliza 1,4V de los cerca de 320V que se pueden obtener de la red (lo que hay que multiplicarlo por los Amperios que pasan por ellos, suponiendo 100mA serían 0,14W, una miseria), y los condensadores apenas tienen pérdidas importantes. Es en las siguientes fases (mosfets, transistores, resistencias, transformadores, etc) donde se pierde la mayor parte de la energía.

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  6. Carlos una matización: Los transformadores electrónicos (frecuencia kHz) HABITUALES también son bobinados, con primario y secundario de hilo de cobre igual que los de red (frecuencia 50-60 Hz) La diferencia constructiva fundamental entre ambos tipos es el material del núcleo, láminas de hierro en los de baja frecuencia y ferrita en los electrónicos.
    Hay una excepción. Últimamente, (10-12 años), han ido apareciendo transformadores en los que los arrollamientos primario y secundario no son bobinados con hilo de cobre, sino pistas de cobre sobre un circuito impreso. Tienen muy poca altura, lo que los hace adecuados para equipos que se desean diseñar muy planos, por eso se les suele llamar “planar transformers”
    Aquí un par de ejemplos: https://www.grupopremo.com/es/product/133/card/489/transformadores/planartransformers//dimensionsandpadlayout.html
    http://www.diytrade.com/china/pd/9667373/1000w_planar_transformer.html#normal_img
    Saludos.

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  7. Abner, te contesto aquí para que no quede tan estrecho. Tu pregunta ¿Por qué no se utilizan núcleos de ferrita en los transformadores y bobinados de baja frecuencia? más bien debería ser al revés, ¿Porqué no se utilizan núcleos hierro en los transformadores y bobinados de alta frecuencia? Me explico:
    En transformadores de potencia buscamos que el núcleo sea capaz de almacenar el máximo posible de energía por unidad de volumen, para ahorrar tamaño y peso.
    Como la capacidad de almacenamiento de energía en el núcleo es proporcional al cuadrado de la inducción magnética, querremos materiales que soporten altas inducciones sin saturarse, y en ello el hierro no tiene rival. Con núcleos de hierro podremos trabajar tranquilamente a inducciones del orden de 1,5 Tesla.
    Todo núcleo magnético que trabaja se calienta, disipando energía por dos vías: Histéresis y Corrientes de Foucault. No voy a comentar las pérdidas por histéresis que aparecen en todos los materiales magnéticos, ya sea hierro o ferritas y me centraré en las pérdidas por corrientes de Foucault. Éstas, (Foucault), son directamente proporcionales al cuadrado de la frecuencia e inversamente proporcionales a la resistividad del material del núcleo.
    Como el hierro es un metal, es un buen conductor y su resistividad es baja, 9,7E-8 Ohm*m
    Por lo tanto, cuando aumenta la frecuencia las pérdidas por Foucault se disparan muy rápidamente debido a la baja resistividad del hierro. Por eso la utilización de núcleos magnéticos de hierro queda limitada a muy baja frecuencia, típicamente bastante menos de 1 kHz
    La solución para mayor frecuencia es utilizar otros materiales para el núcleo de mayor resistividad y por ello se han creado las soft ferrites, que son materiales artificiales de polvos ferromagnéticos que tienen una resistividad típica de entre 5 y 10 Ohm*m (para las ferritas de Mn-Zn), que permite construir núcleos que funcionan con pérdidas asumibles hasta aproximadamente 2 MHz
    (Si divides los dos valores, verás que la resistividad de una ferrita es unos 50 millones de veces mayor que la del hierro)
    Pero por desgracia como suele suceder, no hay nada gratis y las ferritas no pueden trabajar a inducciones magnéticas tan altas como el hierro, quedando limitadas a un valor típico de 0,3 Tesla, (unas 5 veces menos que el hierro) Por lo tanto, como la capacidad de almacenamiento de energía depende del cuadrado de la inducción, un núcleo de hierro puede manejar del orden de 25 veces más energía que uno de ferrita de las mismas dimensiones, de ahí que siempre que la frecuencia de trabajo lo permita se intenta utilizar un núcleo de hierro.
    Saludos.

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    • Muchísimas gracias, ahora entiendo que los transformadores que van conectados a red son siempre de hierro, mientras que los que se encuentran dentro de circuitos electrónicos trabajando a altas frecuencias son siempre de ferritas. Así que la que manda aquí es la frecuencia…
      En las fuentes de alimentación de ordenadores, leí que se utilizan transformadores de ferrita que trabajan a varios KHz porque si se usaran de hierro a frecuencia de red serían monstruosamente grandes y pesadados. ¿Es cierto?

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