domingo, 26 de diciembre de 2010

Energía eléctrica

TRASMISION DE ENERGIA ELÉCTRICA

250 metros separaban al medidor de electricidad que la Cooperativa había colocado en el palo de bajada y  la casilla rodante popularmente conocida en nuestra ciudad como El Pato, ubicada justo al borde de la barranca donde comienza el balneario. Tres enfriadores de bebidas, freezers de pozo, y una prolongación enterrada en la arena era la instalación precaria prevista para iluminación, tv , equipos de sonido y ...refrigeración...Todo bien menos los freezers que se negaban a arrancar. Nada mejor que un problema para entender bien los fundamentos. Hoy se repite la situación con el tambo que se sitúa a 2000 metros de la vivienda familiar y que se pretende alimentar con el grupo electrógeno que necesariamente debe estar en funcionamiento 5 horas por la mañana y otras tantas por la tarde cuando las holandesas entreguen su producción diaria de leche.
 Comencemos por decir que en un conductor de cobre por cada Km de distancia que separan los puntos de consumo y los de generación , por cada ampere de corriente que circula y por cada milímetro cuadrado de sección de cable que la transporta se “pierden” o caen 34 Voltios. La caída es proporcional a la distancia y a la corriente, e inversamente proporcional a la sección del cable. Así, con un cable de 1 mm2 en los 2000 metros perderíamos 68 voltios por cada amper circulante. Si en el grupo tenemos 220 Voltios, lamentamos decirles que solo recibirán en el extremo 152 V que solo nos servirán para una lampara de filamento con una luz mortecina. Los fluorescentes y lamparas de bajo consumo no arrancaran y aun menos todo tipo de motores. Lo expresado se representa por la formula siguiente:

               Δ V = 34 . L . I / S

Donde Δ V es la caída de voltaje en la línea expresada en voltios
L la distancia en Km  que separa los puntos de consumo de los de generación
la corriente circulante medida en amperes y
S  la sección del cable de cobre expresada en milímetros cuadrados

Si se tratara de un conductor de Aluminio, en lugar de 34 debemos usar 55.
Siguiendo con los razonamientos, digamos que para compensar la caída originada por 10 amperes debemos colocar un cable de 10 mm2. Técnicamente sencillo, económicamente no tanto porque los 2000 metros, como ejemplo , costarían una fortuna.
De todo lo expuesto surge con claridad que la caída de tensión, una vez establecidas las medidas físicas, es decir la longitud de la línea y su sección , la caída depende de la corriente; doble corriente , doble caída. Diez veces mas corriente , diez veces mas caída. Veamos entonces porque una heladera, un freezer, un motor ,  no arrancan. En general la corriente de arranque de los motores de inducción a los que corresponden los de heladeras lavarropas freezers, etc llega a ser entre 6 a 10 veces la corriente de funcionamiento. Una heladera mediana tiene 1, 5 Amperes pero toma en el arranque 10 veces , o sea una caída tan grande que no es posible compensar con un aumento de sección, y será necesario recurrir a otro artificio para mitigar este problema, lo que dejaremos para el final después de haber completado el análisis.
    Si bien queda claro que la caída depende de la corriente, no es tan claro a simple vista que pasa con la tensión. El dato básico que tenemos , tanto sea del grupo electrógeno como de la línea de servicio publico no es precisamente la corriente sino la tensión. Corriente es consecuencia de la tensión y de las características del artefacto, de acuerdo a la conocida fórmula:

        I(Amperes) = W(watios) / V (Voltios)

    una lampara de 100 watios , 220 voltios toma 0,45 Amperes. De aquí surge también una importante conclusión: a menor tensión, mayor corriente. La lámpara de 100 W tomara 8,33 amperes para dar la misma cantidad de luz si la tensión es de 12 voltios. Para complicar mas aun el tema, digamos que la misma cantidad de voltios de caída en 220 voltios será insignificante en valor relativo frente a los 12 voltios. Dicho en otras palabras, 6 Voltios de caída en 220 son el 2,7 % y los mismos 6 son el 50 % en 12 Voltios. Reflejemos todo esto en una formula y de paso invitemos a ver este análisis en nuestra charla de pag 128 CD4 titulada *caidas de tensión”.
La caída de voltaje en la línea para una tensión cualquiera será, de acuerdo a lo establecido en el párrafo anterior,
 
             ΔV= Caída de voltaje en la Línea = R. W /V

         ΔV/ V = Caída relativa en tanto por uno = R. W /V2

Para un mismo consumo W, trasmitido por la misma línea que tenga la misma sección y longitud, la caída de tensión relativa resulta ser inversamente proporcional al cuadrado de la tensión. Lo que significa que, siendo W y R constantes, las caídas porcentuales para dos tensiones distintas, V1   y  V2  serán:

                          ΔV1 %/ ΔV2 % = (V2 /V1 )2

Tomemos como ejemplo usar 12 y 220 Voltios ,  (220/ 12)2  =  18,33 2 = 336 veces mas caída relativa o para igualdad de caída deberemos usar 336 veces mas sección en 12 que en 220 V. Hace alrededor de 20 años se cambió la tensión de transporte desde la cuenca del Limay, llevándola de  220.000 Voltios a 500.000. El efecto es como si, con los mismos conductores se hubiera llevado 5,16 veces mas energía con la misma caída relativa.
Volvamos ahora al caso del tambo, con la necesidad de transportar electricidad a 2 Km de distancia. La alternativa convencional seria elevar el voltaje, transportar y luego reducir nuevamente. La segunda alternativa seria aumentar la sección en forma proporcional para compensar la caída en los 2000 metros .Un grosero cálculo económico de los dos enfoques nos hará desistir de inmediato. Queda una tercer alternativa : reducir la corriente transportada, acumular energía en un sistema de acumulación y luego convertir nuevamente la tensión acumulada en los 220 Voltios tradicionales. Una corriente tan baja como 1 Ampere , durante las 24 horas permitirá acumular  5280 watios a los que podemos acudir en cualquier momento con una potencia tan alta como para una soldadora eléctrica, una hidrolavadora , un motor trifásico de 3 HP, etc., capaces de tomar de la línea mas de 10 Amperes.  

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Ing. Enrique O.Nielsen
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