Transporte de energía eléctrica: transformadores y pérdidas ΔP = P²R/U²
TecnologíaIngeniería eléctrica y seguridadEdades 17–18
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La electricidad viaja desde la central eléctrica por un transformador elevador, una línea de alta tensión y un transformador reductor hasta llegar a los consumidores. Elige una tensión de transporte de 22 kV, 110 kV, 220 kV o 500 kV y mueve la longitud de la línea y la sección del cable para ver cómo cambian la resistencia de la línea R = ρL/S, la pérdida de potencia ΔP = P²R/U² y el rendimiento del transporte; el cable se pone al rojo cuando la pérdida es grande. Un gráfico de barras que compara la pérdida en los cuatro niveles de tensión muestra por qué la energía debe transportarse en alta tensión.
Lección: Estructura del sistema eléctrico nacional: centrales eléctricas, subestaciones, red de transporte y distribución, y pérdidas en las líneas
Qué muestra
La energía eléctrica viaja de las centrales a los consumidores por líneas largas cuya resistencia R = ρL/S convierte parte de la potencia en calor. Para una potencia P fija, la corriente es I = P/U, así que la pérdida ΔP = I²R = P²R/U² disminuye con el cuadrado de la tensión. Por eso los transformadores elevan la tensión a cientos de kilovoltios para el transporte y la reducen cerca de los consumidores. El modelo compara cuatro niveles, de 22 kV a 500 kV, conductores de aluminio o cobre, e indica también la caída de tensión ΔU = I·R y el rendimiento H = (P − ΔP)/P.
Cómo usarla
Empieza en 220 kV con 100 MW y 200 km, y lee la pérdida y el rendimiento. Pulsa 22 kV, 110 kV y 500 kV y compara las barras del gráfico. Con una tensión fija, duplica la Sección del cable o cambia el Material del cable a cobre, y compara el ahorro con el de subir la tensión. Por último, aumenta la potencia P y la Longitud de la línea L para ver cuándo el cable se pone rojo y la pérdida deja de ser aceptable.
Parámetros que puedes cambiar
- Potencia enviada desde la central 10–600 MW
- Tensión de transporte 22 kV (red de distribución), 110 kV, 220 kV, 500 kV (línea larga interregional)
- Longitud de la línea 10–600 km
- Sección del cable 100–800 mm²
- Material del cable Aluminio con alma de acero ACSR (ρ = 2,8·10⁻⁸ Ω·m), Cobre (ρ = 1,7·10⁻⁸ Ω·m)
Preguntas para explorar
- Con 100 MW y 200 km, ¿cuántas veces menor es la pérdida a 220 kV que a 110 kV, y por qué?
- ¿Por qué una línea de 22 kV no puede transportar 100 MW a 200 km?
- ¿Qué reduce más la pérdida, duplicar la sección del cable o duplicar la tensión de transporte, y en qué factor?
