Energía eléctrica

CAIDAS DE TENSION

Hemos justificado en mas de una oportunidad (*tensión de generación pg 61 CD1) la necesidad de generar en voltajes altos para evitar las caídas  de tensión en las líneas de trasmisión, la tensión que deben transmitir los cables está íntimamente relacionada con la caída de tensión que se origina por la resistencia de los mismos (17 Ω  por cada Km y 1 mm² de sección) y la corriente que circula por los mismos.

Analicemos el comportamiento de ese fenómeno. Supongamos una lámpara de 12,5 voltios de 75 watts de las usadas para luz alta o baja de un automotor (ver Fig. Nº 1), alimentada con un cable de 10 metros de largo 1 mm² de sección  desde un acumulador de 12.5 V. La corriente circulante será, despreciando la caída del cable,

  I₁=W₁/V₁=75watios/12,5Voltios= 6 A.

con el mismo cable alimentamos desde 220 voltios una lámpara de 75 watios pero obviamente para ese voltaje. La corriente circulante será, para esta situación,

  I₂ = W₂/V₁ = 75/220  = 0.34 A

Es decir, que en el caso de 12.5 V circulan,

               I₁/I₂  =  6/0,34  =  17.6

17.6 veces más corriente que en 220 V.

No es difícil entender que esas 17.6 veces más corriente provocan una caída de tensión 17.6 veces mayor para una misma sección y longitud de cable, con el agravante que la caída porcentual, que es lo que en definitiva importa es 312 veces mayor en 12.5 que en 220 V, ya que para los 10 metros de longitud referidos, la resistencia del cable de 1 mm² será

       R  =  0.017 Ω /m .20 m  = 0.34 Ω

(10 mt de ida y 10 mt de retorno = 20 mt total) y la caída

                          

   ∆ V₁   =  R . I₁  = 0.34 . 6  =  2.04 V

es decir, que de los 12.5 V previstos solo dispondremos de 12.5 – 2.04  =  10.46V y la caída relativa será

   ∆ V₁ %  =  2.04/12,5  =  16.4%

con el mismo razonamiento la caída para 220 V será:

 ∆ V₂  =  R . I₂  =  0.34 Ω . 0.34A  =  0.11 V

y la caída relativa

               

 ∆ V₂ %  =  0.11/220  =  0.05%

la relación de caída porcentual,

 ∆ V₁ %/  ∆ V₂ % =  16.4/ 0.05=  312   veces mayor

Del ejemplo, simplificado para mejor entendimiento, surge la siguiente fórmula algebraica, rigurosamente exacta, que nos dice que la relación de caídas porcentuales en el transporte de energía eléctrica para un conductor de sección y longitud definida es:

                                     ∆ V₁/∆ V₂  = ( V₁ /V₂ )²

 para nuestro caso, y con el objeto de constatar la veracidad de la formula sería

        

              ∆ V₁ / ∆ V₂ = ( 220/12,5 )²  = 17.6² = 309.76

supongamos el absurdo de pretender transportar energía desde el Limay, en donde está uno de los mayores potenciales hídricos  de nuestro país, reemplazando los 500.000 Voltios por 12.5 Voltios; la relación de caída sería

             (500.000/12,5)²  =  40.000²  = 1.600.000.000  

                               

o sea 1.600 millones de veces mayor o lo que es lo mismo para tener igual caída necesitaríamos una línea con una sección 1.600 millones de veces superior.

Queda demostrado entonces que para el transporte  de energía desde los 200 a 500 metros de distancia que separan el lugar de generación con el lugar de acumulación y conversión, no existe otra posibilidad que hacerlo en alto voltaje (220 ó 380 Voltios). Esta es una de la más importantes diferencias entre los aerocargadores tradicionales (12, 24 ó 32V) con el concepto que hemos bautizado como “Usinas Eólicas Rurales”. Para completar el análisis veamos una alternativa más que quedaría: sería generar, acumular y convertir al pie de la torre, 200 a 500 metros del lugar de consumo, y transmitir en 220 Voltios después de convertida. Es posible, pero cuenta con varios inconvenientes, a saber:

1º  el convertidor de bajo voltaje no es apropiado para el manejo de cargas inductivas, razón por la cual, para alimentar una heladera, freezer o lavarropas es necesario un sobredimensionamiento tal que lo hace impracticable por razones económicas (cuestan más de 3 veces que los inversores estáticos de alta) y además tienen un rendimiento muy malo por trabajar  fuera del punto adecuado.(ver *rendimiento de conversores)

2º  el generador de baja, a igualdad de potencia es más caro que un motor standard de inducción de la misma potencia.

3º  la ubicación de la caseta porta baterías y conversor alejados tanto como 200 a 500 metros presenta riesgos de saqueo mayores que la ubicación en el propio casco y controles periódicos mas molestos o dificultosos.

Como conclusión, queda establecido sin duda alguna que la tensión de generación, inevitablemente debe ser en alto voltaje  en lugar de bajo, característica principal que distingue a una Usina Eólica de un aerocargador tradicional. Faltaría un último análisis y es la definición de generar en 220 ó 380 Voltios. Puede ser en ambas pero sin embargo con la primera, y dentro de los limites de potencia prácticos, digamos hasta 10 HP tiene algunas ventajas, dentro de los cuales se puede enumerar:

1º   Se necesitan 32% menos baterías en el sistema de acumulación.

2º   La tensión trifásica es de 3x220 Voltios, mucho menos peligrosa que  3x380 Voltios. 

Todo lo antedicho sirve para demostrar, como corolario, que la tensión de generación en 220 V de corriente alterna trifásica es el sistema más adecuado para  cumplimentar la primera etapa de una “Usina Eólica Rural Autónoma”.  Esto condiciona  la segunda etapa, de acumulación, que deberá estar constituida por un sistema de baterías conectadas en serie capaz de absorber la tensión rectificada cuyo valor oscila entre los 270 a 340 Vcc.

En la tercer etapa, un inversor estático de capacidad adecuada convertirá con una espectacular precisión la corriente continua en alterna de 50 Hz tal cual lo suministrado por el sistema público.(*acerca de los  conversores)  

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Ing. Enrique O.Nielsen
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