Monografias | Proceso de generación y transporte de electricidadProceso de generación y transporte de electricidadResumen: Red de energía eléctrica. Fallos del sistema. Regulación del voltaje. Pérdida durante el transporte. Electricidad. Índice
Generación
y transporte de electricidad es el conjunto de instalaciones que se utilizan
para transformar otros tipos de energía en electricidad y transportarla hasta
los lugares donde se consume. La generación y transporte de energía en forma
de electricidad tiene importantes ventajas económicas debido al costo por
unidad generada. Las instalaciones eléctricas también permiten utilizar la
energía hidroeléctrica a mucha distancia del lugar donde se genera. Estas
instalaciones suelen utilizar corriente alterna, ya que es fácil reducir o
elevar el voltaje con transformadores. De esta manera, cada parte del sistema
puede funcionar con el voltaje apropiado. Las instalaciones eléctricas tienen
seis elementos principales:
·
La central eléctrica
·
Los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica
generada a las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte
·
Las líneas de transporte
·
Las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las líneas
de distribución
·
Las líneas de distribución
·
Los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los
consumidores.
En una instalación normal,
los generadores de la central eléctrica suministran voltajes de 26.000 voltios;
voltajes superiores no son adecuados por las dificultades que presenta su
aislamiento y por el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias. Este voltaje
se eleva mediante transformadores a tensiones entre 138.000 y 765.000 voltios
para la línea de transporte primaria (cuanto más alta es la tensión en la línea,
menor es la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son
proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente). En la subestación,
el voltaje se transforma en tensiones entre 69.000 y 138.000 voltios para que
sea posible transferir la electricidad al sistema de distribución. La tensión
se baja de nuevo con transformadores en cada punto de distribución. La
industria pesada suele trabajar a 33.000 voltios (33 kilovoltios), y los trenes
eléctricos requieren de 15 a 25 kilovoltios. Para su suministro a los
consumidores se baja más la tensión: la industria suele trabajar a tensiones
entre 380 y 415 voltios, y las viviendas reciben entre 220 y 240 voltios en
algunos países y entre 110 y 125 en otros.
En
una central hidroeléctrica, el agua que cae de una presa hace girar turbinas
que impulsan generadores eléctricos. La electricidad se transporta a una estación
de transmisión, donde un transformador convierte la corriente de baja tensión
en una corriente de alta tensión. La electricidad se transporta por cables de
alta tensión a las estaciones de distribución, donde se reduce la tensión
mediante transformadores hasta niveles adecuados para los usuarios. Las líneas
primarias pueden transmitir electricidad con tensiones de hasta 500.000 voltios
o más. Las líneas secundarias que van a las viviendas tienen tensiones de 220
o 110 voltios.
El desarrollo actual de
los rectificadores de estado sólido para alta tensión hace posible una
conversión económica de alta tensión de corriente alterna a alta tensión de
corriente continua para la distribución de electricidad. Esto evita las pérdidas
inductivas y capacitivas que se producen en la transmisión de corriente
alterna.
La estación central de
una instalación eléctrica consta de una máquina motriz, como una turbina de
combustión, que mueve un generador eléctrico. La mayor parte de la energía eléctrica
del mundo se genera en centrales térmicas alimentadas con carbón, aceite,
energía nuclear o gas; una pequeña parte se genera en centrales hidroeléctricas,
diesel o provistas de otros sistemas de combustión interna.
Las líneas de conducción
se pueden diferenciar según su función secundaria en líneas de transporte
(altos voltajes) y líneas de distribución (bajos voltajes). Las primeras se
identifican a primera vista por el tamaño de las torres o apoyos, la distancia
entre conductores, las largas series de platillos de que constan los aisladores
y la existencia de una línea superior de cable más fino que es la línea de
tierra. Las líneas de distribución, también denominadas terciarias, son las
últimas existentes antes de llegar la electricidad al usuario, y reciben
aquella denominación por tratarse de las que distribuyen la electricidad al último
eslabón de la cadena.
Las líneas de conducción
de alta tensión suelen estar formadas por cables de cobre, aluminio o acero
recubierto de aluminio o cobre. Estos cables están suspendidos de postes o
pilones, altas torres de acero, mediante una sucesión de aislantes de
porcelana. Gracias a la utilización de cables de acero recubierto y altas
torres, la distancia entre éstas puede ser mayor, lo que reduce el coste del
tendido de las líneas de conducción; las más modernas, con tendido en línea
recta, se construyen con menos de cuatro torres por kilómetro. En algunas
zonas, las líneas de alta tensión se cuelgan de postes de madera; para las líneas
de distribución, a menor tensión, suelen ser postes de madera, más adecuados
que las torres de acero. En las ciudades y otras áreas donde los cables aéreos
son peligrosos se utilizan cables aislados subterráneos. Algunos cables tienen
el centro hueco para que circule aceite a baja presión. El aceite proporciona
una protección temporal contra el agua, que podría producir fugas en el cable.
Se utilizan con frecuencia tubos rellenos con muchos cables y aceite a alta
presión (unas 15 atmósferas) para la transmisión de tensiones de hasta 345
kilovoltios.
Cualquier sistema de distribución
de electricidad requiere una serie de equipos suplementarios para proteger los
generadores, transformadores y las propias líneas de conducción. Suelen
incluir dispositivos diseñados para regular la tensión que se proporciona a
los usuarios y corregir el factor de potencia del sistema.
Los cortacircuitos se
utilizan para proteger todos los elementos de la instalación contra
cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones de conmutación
ordinarias. Estos cortacircuitos son grandes interruptores que se activan de
modo automático cuando ocurre un cortocircuito o cuando una circunstancia anómala
produce una subida repentina de la corriente. En el momento en el que este
dispositivo interrumpe la corriente se forma un arco eléctrico entre sus
terminales. Para evitar este arco, los grandes cortacircuitos, como los
utilizados para proteger los generadores y las secciones de las líneas de
conducción primarias, están sumergidos en un líquido aislante, por lo general
aceite. También se utilizan campos magnéticos para romper el arco. En tiendas,
fábricas y viviendas se utilizan pequeños cortacircuitos diferenciales. Los
aparatos eléctricos también incorporan unos cortacircuitos llamados fusibles,
consistentes en un alambre de una aleación de bajo punto de fusión; el fusible
se introduce en el circuito y se funde si la corriente aumenta por encima de un
valor predeterminado.
En muchas zonas del mundo
las instalaciones locales o nacionales están conectadas formando una red. Esta
red de conexiones permite que la electricidad generada en un área se comparta
con otras zonas. Cada empresa aumenta su capacidad de reserva y comparte el
riesgo de apagones.
Estas redes son enormes
y complejos sistemas compuestos y operados por grupos diversos. Representan una
ventaja económica pero aumentan el riesgo de un apagón generalizado, ya que si
un pequeño cortocircuito se produce en una zona, por sobrecarga en las zonas
cercanas se puede transmitir en cadena a todo el país. Muchos hospitales,
edificios públicos, centros comerciales y otras instalaciones que dependen de
la energía eléctrica tienen sus propios generadores para eliminar el riesgo de
apagones.
Las largas líneas de conducción
presentan inductancia, capacitancia y resistencia al paso de la corriente eléctrica.
El efecto de la inductancia y de la capacitancia de la línea es la variación
de la tensión si varía la corriente, por lo que la tensión suministrada varía
con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos de dispositivos para regular
esta variación no deseada. La regulación de la tensión se consigue con
reguladores de la inducción y motores síncronos de tres fases, también
llamados condensadores síncronos. Ambos varían los valores eficaces de la
inductancia y la capacitancia en el circuito de transmisión. Ya que la
inductancia y la capacitancia tienden a anularse entre sí, cuando la carga del
circuito tiene mayor reactancia inductiva que capacitiva (lo que suele ocurrir
en las grandes instalaciones) la potencia suministrada para una tensión y
corriente determinadas es menor que si las dos son iguales. La relación entre
esas dos cantidades de potencia se llama factor de potencia. Como las pérdidas
en las líneas de conducción son proporcionales a la intensidad de corriente,
se aumenta la capacitancia para que el factor de potencia tenga un valor lo más
cercano posible a 1. Por esta razón se suelen instalar grandes condensadores en
los sistemas de transmisión de electricidad.
La
energía se va perdiendo desde la central eléctrica hasta cada hogar de la
ciudad por:
·
RESISTIVIDAD: Que provoca que la corriente eléctrica no llegue con la
misma intensidad debido a la oposición que presenta el conductor al paso de la
corriente. La resistencia que ofrece el cable depende de su:
-Diámetro
o área de la sección transversal. La conductividad disminuye al disminuir el
grosor del cable (a mayor diámetro, menor número del cable)
-Material
con que está hecho
-Longitud.
La conductividad de un cable es inversamente proporcional a la longitud y la
resistencia es directamente proporcional a la longitud.
-Cambios de temperatura que sufre. Al paso de la corriente, la
resistividad se ve incrementada ligeramente al aumentar su temperatura.
·
CAPACITANCIA: Porque a medida que se transfiera más carga al conductor,
el potencial del conductor se vuelve más alto, lo que hace más difícil
transferirle más carga. El conductor tiene una capacitancia determinada para
almacenar carga que depende del tamaño y forma del conductor, así como de su
medio circundante.
ns La energía eléctrica se ha convertido en parte de nuestra vida diaria.
Sin ella, difícilmente podríamos imaginarnos los niveles de progreso que el
mundo ha alcanzado, pero ¿qué es la electricidad, cómo se produce y cómo
llega a nuestros hogares?
Ya vimos que la energía puede ser conducida de un lugar o de un
objeto a otro (conducción). Eso mismo ocurre con la electricidad. Es válido
hablar de la "corriente eléctrica", pues a través de un elemento
conductor, la energía fluye y llega a
nuestras lámparas, televisores, refrigeradores y demás equipos domésticos
que la consumen.
También conviene tener presente que la energía eléctrica que
utilizamos está sujeta a distintos procesos de generación,
transformación, transmisión y distribución, ya que no es lo mismo generar
electricidad mediante combustibles fósiles que con energía solar o nuclear.
Tampoco es lo mismo transmitir la electricidad generada por pequeños sistemas eólicos
y/o fotovoltaicos que la producida en las grandes hidroeléctricas, que debe ser
llevada a cientos de kilómetros de distancia y a muy altos voltajes.
Pero
¿qué es la electricidad? Toda la
materia está compuesta por átomos y éstos por partículas más pequeñas, una
de las cuales es el electrón. Un
modelo muy utilizado para ilustrar la conformación del átomo (ver figura) lo
representa con los electrones girando en torno al núcleo del átomo, como lo
hace la Luna alrededor de la Tierra.
Pues
bien, algunos tipos de materiales están compuestos por átomos que pierden fácilmente
sus electrones, y éstos pueden pasar de un átomo a otro. En términos
sencillos, la electricidad no es otra cosa que electrones en movimiento. Así,
cuando éstos se mueven entre los átomos de la materia, se crea una corriente
de electricidad. Es lo que sucede en los cables que llevan la electricidad a su
hogar: a través de ellos van pasando los electrones, y lo hacen casi a la
velocidad de la luz.
Sin
embargo, es conveniente saber que la
electricidad fluye mejor en algunos materiales que en otros. Antes vimos que
esto mismo sucede con el calor, pues en ambos casos hay buenos o malos
conductores de la energía. Por ejemplo, la resistencia que un cable ofrece al
paso de la corriente eléctrica depende y se mide por su grosor, longitud y el
metal de que está hecho. A menor resistencia del cable, mejor será la conducción
de la electricidad en el mismo. El oro,
la plata, el cobre y el aluminio son excelentes conductores de electricidad.
Los dos primeros resultarían demasiado caros para ser utilizados en los
millones de kilómetros de líneas eléctricas que existen en el planeta; de ahí
que el cobre sea utilizado más que cualquier otro metal en las instalaciones eléctricas. Así como se miden y se pesan las cosas que
usamos o consumimos normalmente, también la energía eléctrica se mide en Watts-hora.
El Watt es una unidad de potencia y equivale a un Joule por segundo. Para
efectos prácticos, en nuestra factura de consumo de energía eléctrica se nos
cobra por la cantidad de kiloWatts-hora
(kWh) que hayamos consumido durante un periodo determinado (generalmente, dos
meses). Un
kiloWatt-hora equivale a la energía que consumen:
·
Un foco de 100 watts encendido durante diez horas
·
10 focos de 100 watts encendidos durante una hora
·
Una plancha utilizada durante una hora
·
Un televisor encendido durante veinte horas
·
Un refrigerador pequeño en un día
·
Una computadora utilizada un poco más de 6 horas y media
Recuerde
que "kilo" significa mil, por lo que un "kiloWatt"-hora
equivale a mil Watts-hora. En los campos de la generación y consumo de
electricidad, se utilizan los megaWatts (MW), equivalentes a millones de Watts;
los gigaWatts (GW), miles de millones; y los teraWatts (TW), billones de Watts).
¿Cómo
se genera la electricidad?
Hasta
aquí hemos visto que la electricidad fluye a través de los cables,
generalmente de cobre o aluminio, hasta llegar a nuestras lámparas,
televisores, radios y cualquier otro aparato que tengamos en casa. Pero ¿cómo
se produce la electricidad y de dónde nos llega?
Veamos,
pues, cómo se genera la electricidad que consumimos en el hogar, pero antes es
conveniente señalar que hay varias fuentes que se utilizan para generar
electricidad: el movimiento del agua
que corre o cae, el calor para
producir vapor y mover turbinas, la geotermia
(el calor interior de la Tierra), la energía nuclear (del átomo) y las energías
renovables: solar, eólica (de los vientos) y de la biomasa
(leña, carbón, basura y rastrojos del campo).
También
es importante saber que en México el 75% de la electricidad se genera a base de
combustibles fósiles utilizados en plantas
o centrales termoeléctricas (que producen calor y vapor para mover los
generadores), las cuales consumen gas natural, combustóleo y carbón. (Si la
central consume carbón, se le denomina carboeléctrica). "Dual" es un término que se aplica a las plantas que
pueden consumir indistintamente dos de estos combustibles.
Existen termoeléctricas llamadas de "ciclo
combinado"; en ellas, los gases calientes de la combustión del gas
natural que pasaron por la turbina pueden volverse a aprovechar, introduciéndolos
a calderas que generan vapor para mover otra turbina y un segundo generador.
En
todos los casos, la turbina está unida por su eje al generador, el cual
contiene un rotor bobinado que gira dentro de un campo magnético estacionario
con espiras (embobinado) de un largo y grueso cable. Cuando giran el eje de la
turbina y el magneto que está dentro del generador, se produce una corriente de
electricidad en el cable. ¿Por qué? Esto se explica por el llamado electromagnetismo,
que descrito en términos sencillos consiste en lo siguiente: cuando un cable o
cualquier material conductor de electricidad se mueve a través de un campo magnético
-cortando líneas de fuerza magnéticas-, se produce una corriente eléctrica en
el cable.
Para
una mejor comprensión, se puede decir que un generador es como un motor eléctrico,
pero al revés: en vez de usar energía eléctrica para hacer girar el motor, el
eje de la turbina hace girar el motor para producir electricidad. La
electricidad producida en el generador alcanza unos 25 mil voltios. En la planta
ese voltaje es elevado a 400 mil voltios para que la electricidad pueda viajar a
largas distancias a través de cables de alta tensión y, después, mediante
transformadores que reducen el voltaje, llega a nuestros hogares, escuelas,
industrias, comercios, oficinas, etc.
Las
plantas nucleares utilizan la energía nuclear -del átomo- para producir calor
que convierte el agua en el vapor necesario para mover las turbinas y los
generadores. Otras plantas aprovechan el agua caliente o el vapor proveniente
del interior de la Tierra (geotermia), sin necesidad de emplear combustible fósil
o nuclear (uranio).
¿Qué
son los sistemas de transmisión eléctrica?
Uno
de los grandes problemas de la
electricidad es que no puede
almacenarse, sino que debe ser transmitida y utilizada en el momento mismo
que se genera. Este problema no queda resuelto con el uso de acumuladores o
baterías, como las que utilizan los coches y los sistemas fotovoltaicos, pues sólo
son capaces de conservar cantidades pequeñas de energía y por muy poco tiempo.
Conservar la electricidad que producen las grandes plantas hidroeléctricas y
termoeléctricas es un reto para la ciencia y la tecnología. En algunos
lugares, se aprovechan los excedentes de energía eléctrica o la energía solar
para bombear agua a depósitos o presas situados a cierta altura; el agua después
se utiliza para mover turbinas y generadores, como se hace en las plantas
hidroeléctricas.
En
cuanto se produce la electricidad en las plantas, una enorme red de cables
tendidos e interconectados a lo largo y ancho del país, se encargan de hacerla
llegar, casi instantáneamente, a todos los lugares de consumo: hogares, fábricas,
talleres, comercios, oficinas, etc. Miles de trabajadores vigilan día y noche
que no se produzcan fallas en el servicio; cuando éstas ocurren, acuden, a la
brevedad posible, a reparar las líneas para restablecer la energía. A tal
efecto, hay centros de monitoreo, estratégicamente situados, para mantener una
vigilancia permanente en toda la red. A veces, los vientos, las lluvias y los
rayos, entre otras causas, afectan las líneas de transmisión, las cuales deben
ser revisadas y reparadas por los técnicos, ya sea en las ciudades o en el
campo.
Ya
vimos que cada uno de los generadores de las plantas hidroeléctricas y termoeléctricas
producen electricidad de unos 25 mil voltios. ( Recuerde que el Voltio es la
medida de la fuerza con que fluye la electricidad y debe su nombre a
Alejandro Volta, un científico italiano que inventó la primera pila eléctrica).
Ese voltaje inicial es elevado, en las propias instalaciones de la planta, hasta
unos 400 mil voltios, pues la energía eléctrica puede ser transmitida con una
mayor eficiencia a altos voltajes. Es así como viaja por cables de alta tensión
y torres que los sostienen, a lo largo de cientos de kilómetros, hasta los
lugares donde será consumida.
Del
estado de Chiapas a la ciudad de México un avión comercial tarda más de una
hora en llegar. La electricidad cubre ese trayecto en una fracción de segundo,
pues viaja prácticamente a la velocidad de la luz. Antes de llegar a nuestros
hogares, oficinas, fábricas, talleres y comercios, el voltaje es reducido en
subestaciones y mediante transformadores cercanos a los lugares de consumo. En
las ciudades, el cableado eléctrico puede ser aéreo o subterráneo. Para hacer
llegar la electricidad a islas pobladas, se utilizan cables submarinos.
Cuando
la electricidad entra a nuestra casa, pasa por un medidor. La
"lectura" del medidor generalmente la efectúa (cada dos meses) un
empleado de la compañía que nos proporciona el servicio eléctrico en nuestro
hogar, oficina, taller, etc. El medidor marca la cantidad de kiloWatts-hora que
consumimos cada día en iluminación, refrigeración, aire acondicionado,
televisión, radio, etc. Es importante que usted también conozca cómo hacer la
"lectura" de su medidor y los datos que contiene su factura por
consumo de electricidad
Las
plantas transforman la energía con alto voltaje en energía con medio voltaje
por medio de subestaciones, después pasan a los transformadores y la
transforman en energía de bajo voltaje para que llegue a las casas. En el
camino se va perdiendo energía debido a varios factores. En la casa se utilizan
watts por comodidad para realizar los pagos en la CFE, ya que se mide la
cantidad de transferencia de energía en un determinado tiempo, ya que el volt
se refiere únicamente a la circulación de la corriente sin especificar el
tiempo en que ocurre, por lo que es mas difícil cobrar. A cada casa le
corresponde un determinado voltaje (constante), aunque no se utilice todo, ya
que los watts que consumen los aparatos eléctricos varía.
Autor: Compartir Publicación enviada por IRAZÚ RIVADENEYRA DÍAZ Contactar mailto:irazucohen@hotmail.com Código ISPN de la Publicación EpyuZlyVkZXfJyOguL Publicado Sunday 28 de September de 2003 Ultimas Publicaciones en ilustrados.com
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