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Generación y transporte de electricidad




Enviado por irazucohen



    1. Red de energía
      eléctrica
    2. Fallos del
      sistema
    3. Regulación del
      voltaje
    4. Pérdida durante el
      transporte
    5. Electricidad
    6. Conclusión

    INTRODUCCIÓN

    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.

     Red de energía
    eléctrica

    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.

    FALLOS DEL
    SISTEMA

    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.

    REGULACIÓN DEL
    VOLTAJE

    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.

    PERDIDA DURANTE EL
    TRANSPORTE

    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.

    Electricidad

    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.

    El
    núcleo del átomo está integrado por
    neutrones y protones. Los electrones tienen una carga
    negativa, los protones una carga positiva y los neutrones, como
    su nombre lo indica, son neutros: carecen de carga positiva o
    negativa. (Por cierto, el átomo, según los antiguos
    filósofos griegos, era la parte más
    pequeña en que se podía dividir o fraccionar la
    materia; ahora sabemos que existen partículas
    subatómicas y la ciencia ha
    descubierto que también hay partículas de
    "antimateria": positrón, antiprotón, etc., que al
    unirse a las primeras se aniquilan
    recíprocamente).

    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.
    La fuerza
    eléctrica que "empuja" los electrones es medida en
    Voltios. (La primera pila eléctrica fue inventada
    por el científico italiano Alejandro Volta, y en su honor
    se le denominó "Voltio" a esta medida eléctrica).
    En México
    utilizamos energía eléctrica de 110 voltios en
    nuestros hogares, pero en la industria y otras actividades se
    emplean, en ciertos casos, 220 voltios e incluso voltajes
    superiores para mover maquinaria y grandes equipos. En
    países europeos lo normal es el uso de 220 voltios para
    todos los aparatos eléctricos del hogar.

    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.

    La mayoría de las plantas generadoras de
    electricidad queman alguno de esos combustibles fósiles
    para producir calor y vapor de agua en una caldera. El vapor es
    elevado a una gran presión y llevado a una turbina,
    la cual está conectada a un generador y cuando
    éste gira, convierte ese movimiento giratorio en
    electricidad.
    Después de que el vapor pasa a
    través de la turbina, es llevado a una torre de
    enfriamiento, donde se condensa y se convierte nuevamente en agua
    líquida para ser utilizada otra vez en la caldera y
    repetir el proceso
    indefinidamente. (Ver el diagrama).

    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

    CONCLUSIÓN:

    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.

     

     

    IRAZÚ RIVADENEYRA DÍAZ

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