Invención e inventos: ¿Por qué no se han actualizado los enchufes eléctricos en todo el mundo a un cable universal simplificado como USB?

El equipo informático cambia en una escala de tiempo de unos pocos años, y debido a que gran parte es portátil, simplemente se tira y se compra equipo nuevo con nuevos tipos de cable. Excepto para las personas a las que les gusta seguir usando equipos viejos con cables de estilo antiguo, esto generalmente no es un problema.

Los enchufes eléctricos están conectados a los edificios, y los edificios no se retiran como lo hace el equipo. Sería un trabajo colosal cambiarlos a todos. Es más fácil que las personas que viajan al extranjero compren adaptadores. La mayoría de las personas que no abandonan su país de origen no tienen que pensar en los tipos de enchufes extranjeros.

USB es un estándar de potencia útil para dispositivos de muy baja potencia. No es aceptable para mucho más. Y no hay una gran demanda para hacer que la entrega de energía sea más universal de lo que ya es. La mayoría de las fuentes de alimentación modernas pueden funcionar a la perfección desde 100V a 240V, o casi cualquier frecuencia de línea. Por lo general, todo lo que uno necesita es el adaptador de enchufe: es un problema de estándares que no se resuelve fácilmente, simplemente hay demasiado impulso haciéndolo como se hace hoy.

Incluso la especificación de suministro de energía USB renovada (que se asociará principalmente con conectores Tipo C) puede entregar una potencia máxima de 100 W por conector. Y, por supuesto, ese es un conector que ni siquiera tiene en este momento (aunque podrá usar un cable adaptador que, como cualquier cable USB, será uno o dos dólares una vez que se hagan en miles de millones al año) . Su salida dúplex estadounidense típica puede suministrar 1650 W o 2200 W (nominalmente), según el cableado. Los tomacorrientes para estufas eléctricas, secadoras de ropa, etc. suministran aproximadamente 11,000W.

La alta corriente de CC es un gran problema, porque es complejo y cada vez más con pérdidas cambiar el voltaje de un suministro de CC. AC, por otro lado, simplemente pasa por un transformador (y para aplicaciones de baja corriente, puede usar una variedad de medios de conversión directa) para una eficiencia del 99%. Y la especificación de alimentación USB se basa en una toma de corriente inteligente, que ni siquiera era una opción hace unas décadas. Básicamente, su dispositivo conectado y la fuente de alimentación USB se dan la mano para darle a ese dispositivo el límite de voltaje y corriente que desea. Nuevamente, es bueno para dispositivos pequeños, y la especificación de potencia 3.1 está aumentando la apuesta lo suficiente como para ser lo suficientemente potente como para computadoras portátiles o iluminación moderna (basada en LED).

Y USB no es el único juego en la ciudad, tampoco. La gente de Power Qi ya ha lanzado su especificación de “potencia media”, para la entrega de energía inalámbrica a 2 “y hasta 120W. Pretenden entregar una especificación de alta potencia (aún no tantos detalles) que realmente pueda alimentar sus electrodomésticos de cocina, sin cables en absoluto. No puede ser mucho más fácil, aunque me preocuparía el efecto sobre la eficiencia.

Pero eso es cierto para cualquier fuente de alimentación inteligente. Sus salidas dúplex no están recibiendo corriente cuando no hay un enchufe en ellas (bueno, salvo una falla en la toma). Con un dongle USB en uno, casi siempre tomará una pequeña corriente (aunque están mejorando con esto), incluso cuando no esté cargando nada. Eso es un poco de corriente para un individuo, pero multiplique eso en unos pocos miles de millones de cargas en todo el mundo, y está hablando de un verdadero desperdicio de energía.

Cuando se trata de voltaje de red, el sistema está demasiado arraigado y convertir un país para que coincida con otro sería un costo astronómico.

En términos de capacidad de corriente, Australia es el más eficiente con 240-250 voltios, lo que hace que el consumo máximo de corriente (10A por toma) a través de la red doméstica sea mucho más bajo.

Incluso en el Reino Unido, donde 220 es el estándar, la corriente se empuja a 13A. En los EE. UU. A 110 voltios, la corriente puede ser empujada a 20A para las potencias similares. Cambiar la red sería una inversión masiva en infraestructura que se pasaría al consumidor. Los consumidores también habrían reemplazado cualquier aparato dependiente de voltaje / frecuencia, desde mezcladores de cocina y refrigeradores hasta lavadoras y acondicionadores de aire. Impulsar un nuevo estándar en nuevas áreas de desarrollo sería una buena idea, por ejemplo, una propiedad de nueva construcción podría conectarse por completo a 240V 50 Hz y gradualmente las casas fueron demolidas para ser reemplazadas por rascacielos, una actualización general podría tener lugar, pero el tiempo y el dinero aún obstaculizaría el proceso.

La mayoría de los dispositivos electrónicos ahora tienen fuentes de alimentación “universales” y, independientemente de la configuración del enchufe físico, hacen frente a 100V hasta 260V, por lo que se está produciendo un cierto grado de estandarización.

Creo que los hogares modernos “energéticamente eficientes” tendrán iluminación LED de 12 V como estándar, suministros de 12 o 24 V para la electrónica, y la red eléctrica estará reservada para refrigeradores, congeladores, aire acondicionado, aspiradoras, lavadoras, etc.

Una salida de reemplazo cuesta un par de dólares. Un electricista cuesta $ 50 / hora. Incluso un apartamento pequeño generalmente tendrá 12 puntos de venta. Digamos $ 125 para un hogar pequeño. Eso es $ 15 mil millones de dólares para recablear los EE. UU. Esto no cuenta el costo de volver a cablear o reemplazar todos los dispositivos eléctricos de la casa. Si mantiene una alimentación de 110 V, solo necesita reemplazar el enchufe. Si está cambiando el voltaje, será necesario reemplazar muchos dispositivos. Eso costará más dinero. ¿Y a dónde van todos estos dispositivos funcionales pero obsoletos?

Y esto es solo residencial. Las empresas también deberán cambiar. Escuelas, hospitales, aeropuertos. Eso es cientos de miles de millones más. Hay casi cinco millones de habitaciones de hotel en los Estados Unidos. Una habitación de hotel promedio tiene cuatro puntos de venta. Reajustar cada uno no solo costará dinero para los puntos de venta y la mano de obra, sino que el tiempo no se puede alquilar.

Y, por supuesto, ¿cómo satisface la demanda de nuevos puntos de venta y nuevos electrodomésticos? Llevaría años reemplazarlo todo. Hasta que se realice el cambio, las personas necesitarían soportar ambos sistemas.

Pude ver fácilmente que los costos ascienden a un billón de dólares solo para los Estados Unidos.

Las computadoras se vuelven obsoletas rápidamente. Los nuevos vienen con nuevos puertos como USB. Mi casa tiene los enchufes que son estándar en mi país. Nadie está instalando nuevos puertos en mi casa, y no compro una casa nueva cada pocos años. Dicho esto, para muchos dispositivos, USB es su entrada eléctrica.

La alimentación USB ha sido demasiado pequeña para ser tan útil. Solo con USB 3.1 y el conector Tipo C que se acaba de lanzar, tendremos un estándar global de CC que puede transportar cantidades significativas de electricidad, hasta 100W por tomacorriente.

Dado que todos los dispositivos electrónicos, baterías, paneles solares y la mayoría de las máquinas domésticas funcionan con CC internamente, este estándar podría ser más útil. No solo eso, también transporta 10 Gb / s de datos y señales de video HD a través del mismo cable. Y, finalmente, el enchufe se puede insertar de cualquier manera.

La pregunta pide un dispositivo universal, similar a USB … USB, para computadoras se ha convertido en un conector de facto, en muchos casos reemplazando DIN, VGA, FireWire, etc … un conector universal, en lugar de propietario.
Una posible sugerencia sería un dispositivo, probablemente similar a un par de cables pelados sostenidos por un hombre con un brillo loco en su ojo …

La principal dificultad es la diferencia de voltaje / frecuencia entre países para su Voltaje de funcionamiento estándar. Supongo que tendrías que preguntar a la secretaria de energía de cada país o al ministro del interior sobre su preferencia sobre 110 frente a 230 voltios, etc.
Los adaptadores “universales” no solo suministran las conexiones de clavija correctas de un lugar a otro, lo que es más importante, corrigen el voltaje entre el dispositivo y la ubicación.

La razón por la que encontrará variaciones en los conectores NEC, NEMA, IEC se debe a la seguridad del equipo, evitando que un conector de 15 amperios cargue una carga de 30 o 60 amperios … ¿Cómo lo hace? Asegúrese de que las conexiones sean incompatibles.

En realidad, no hay tantas variantes en los conectores de cableado doméstico. Esas variantes también tienden a estar en áreas geográficas distintas.

En América del Norte, el tipo NEMA es común.

Hay variantes de dos y tres pines, siendo el tercer pin una conexión a tierra de seguridad para los electrodomésticos que lo necesitan. El enchufe de 2 pines, por supuesto, puede caber en un enchufe de 3 pines.

En Europa continental, se utilizan variaciones del estándar CEE 7:

El tipo ‘francés’ tiene un pin de conexión a tierra central en el zócalo, con un orificio correspondiente en el enchufe. En cambio, el tipo ‘alemán’ tiene clips sueltos a cada lado del zócalo para la conexión a tierra. Los dos no son compatibles, aunque en la práctica todo el equipo ahora está equipado con un enchufe híbrido que puede adaptarse a ambos tipos.

El equipo de baja potencia sin la necesidad de una conexión a tierra estará equipado con la variante de 2 pines, que encajará en ambos tipos de enchufes.

El tipo mejor diseñado de uso común, en mi opinión, es el conector británico, que también se usa en Irlanda y en algunos otros lugares:

El enchufe en sí es un diseño resistente y siempre tiene tres pines. Tenga en cuenta que los pasadores vivos y neutros tienen aislamiento hasta aproximadamente la mitad. Esto elimina el riesgo de descarga eléctrica de un enchufe medio insertado. Además, hay persianas en las ranuras vivas y neutras en el zócalo. Cuando inserta el enchufe, el pin de tierra más largo empuja los obturadores a un lado para permitir que se inserte por completo. Cada enchufe también está equipado con un fusible, que por lo tanto puede dimensionarse adecuadamente para el equipo que se utiliza.

El problema al tratar de imponer un estándar universal es la gran cantidad de conectores que tendrían que ser reemplazados. Muchas fuentes de alimentación usan un enchufe moldeado integral que no sería posible convertir, por lo que siempre tendría dos tipos en uso en alguna parte. También está el problema del voltaje. Mientras que Norteamérica usa un suministro de 110V, gran parte del resto del mundo está estandarizado en 230V, por lo que sería más complicado que simplemente cambiar los conectores.

(de XKCD)

Además de la buena respuesta escrita por Christopher Stern, está la cuestión de la capacidad de corriente eléctrica. El típico puerto de datos de la computadora simplemente no fue diseñado para manejar la entrega de grandes cantidades de energía. No funcionaria.

Los tomacorrientes están diseñados para manejar la entrega de energía. Esto requiere una conexión más grande.

Las salidas de datos están diseñadas para manejar la entrega de datos y deben caber en dispositivos más pequeños que a menudo tienen requisitos de portabilidad o peso liviano.

Entiendo el interés en actualizar el estándar de la toma de corriente eléctrica, ya que es la base de todos los demás conectores o cables que se usan en la actualidad, y es un desperdicio de plástico muy pesado.

Pero como ya descubrimos una forma de hacer uso de la energía inalámbrica, veo que llegará a la vida diaria muy pronto (según tengo entendido, es un tipo de problemas relacionados con las patentes). Por lo tanto, no habrá necesidad de cables o tomas de corriente.

Puede ver este video de Ted en el que el orador menciona brevemente un problema con la propiedad intelectual.

Algunos países ni siquiera tienen un sistema de suministro eléctrico unificado, como Japón, que tiene 115vac / 60hz y 220vac / 50hz dependiendo de la ubicación geográfica. Esta fue la información que salió durante Fukushima.

Un enchufe universal solo debería permitir la conexión eléctrica si la conexión físico-eléctrica es compatible con el dispositivo que se utilizará. Simplemente piense que compra algo y lo lleva a casa y descubre que no puede enchufarlo debido a alguna incompatibilidad. Te volverías loco y también la tienda que te vendía.

La potencia inalámbrica notada de otra respuesta probablemente solucionará estos problemas de manera mucho más simple.

¿Qué le parecen estos enchufes de pared con conexión USB de: EE. UU., Japón, Reino Unido, Europa, China, Australia, Sudáfrica, Suiza, …

Como otros han dicho, cambiarlo sería muy costoso. Pero creo que sería aún más difícil políticamente. ¿Qué tipo se convertiría en el enchufe global y el voltaje? Creo que Estados Unidos no querría adaptarse a Europa y viceversa.