Distribución Eléctrica y Conceptos Fundamentales de Energía

Esquemas de Distribución Eléctrica

La distribución eléctrica es el proceso que permite llevar la energía desde su generación hasta los puntos de consumo. Este sistema complejo involucra varias etapas y componentes clave:

Central Eléctrica

En la central eléctrica, la energía primaria (como la hidráulica, térmica, nuclear o eólica) se transforma en energía eléctrica. La energía eléctrica producida en una central tiene un voltaje inicial de 26 kilovoltios (kV). Valores superiores no son adecuados debido a la dificultad de aislamiento y al elevado riesgo de cortocircuitos y sus graves consecuencias.

Centro de Transformación

En el centro de transformación, se eleva el voltaje de la energía eléctrica generada hasta las altas tensiones necesarias para las redes de transporte. Este voltaje se eleva, mediante transformadores, a tensiones entre 138 y 765 kV para la línea de transporte primaria. Cuanto más alta es la tensión en la línea, menor es la corriente y, por ende, menores son las pérdidas por calor (conocido como efecto Joule) en los conductores, ya que estas son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente.

Líneas de Transporte

Son el medio físico para el transporte de la energía eléctrica a grandes distancias, conectando los centros de transformación con las subestaciones.

Subestaciones

Son instalaciones donde se reduce el voltaje para adecuarlo a las líneas de reparto o distribución. En ellas, el voltaje se transforma a tensiones entre 69 y 138 kV para permitir la transferencia de electricidad al sistema de distribución.

Líneas de Distribución en Media Tensión

Estas líneas transmiten la corriente eléctrica desde las subestaciones hasta los transformadores finales, acercando la energía a las áreas de consumo.

Transformadores Finales y Consumo

Los transformadores finales adaptan el voltaje al valor requerido por los consumidores. En ellos, la tensión se reduce nuevamente en cada punto de distribución para abastecer convenientemente a los diferentes usuarios. Por ejemplo:

• La industria pesada suele trabajar a 33 kV.
• Los trenes eléctricos requieren de 15 a 25 kV.
• La tensión industrial estándar está comprendida entre 380 y 415 voltios (V).
• El consumo doméstico se alimenta a 220 V.

Tipos de Energía

La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo. Existen diversas formas en las que la energía se manifiesta:

Clasificación General de la Energía

• Energía Mecánica (con sus tres formas principales: cinética, potencial y potencial elástica)
• Energía Eléctrica
• Energía Química
• Energía Térmica
• Energía Nuclear

Energía Mecánica: Concepto y Formas

La energía mecánica representa la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo. Sin embargo, la masa por sí misma no es una forma de energía mecánica. Para que un sistema tenga energía mecánica, deberá o bien moverse con una cierta velocidad o estar alejado de su posición de reposo.

Tipos de Energía Mecánica

Energía Cinética

• Es la energía asociada a la velocidad con la que un cuerpo de una determinada masa se mueve.
• Es la debida al movimiento que tienen los cuerpos; la capacidad de producir trabajo depende de la masa de los cuerpos y de su velocidad.
• Ejemplo: En la fotografía de la derecha, el niño que salta en la cama elástica posee energía cinética por el hecho de moverse. Esa energía cinética se manifestará como trabajo cuando caiga sobre la cama elástica, deformándola.

Energía Potencial

• Es la energía asociada a la posición que ocupa un objeto de una determinada masa respecto a un sistema de referencia.
• Es la capacidad que tienen los cuerpos de producir trabajo en función de la posición que ocupan. En el caso de un cuerpo, se encuentra a una altura h respecto de un sistema de referencia.
• Ejemplo: En el ejemplo de la fotografía, cuando el chico llega a una altura máxima sobre la cama elástica, no tiene energía cinética (su velocidad es cero). Sin embargo, posee energía potencial por estar a una determinada altura sobre la cama elástica. En el instante en que el niño comienza a descender, la energía potencial se irá transformando en energía cinética y, al llegar a la cama elástica, se manifestará de nuevo como trabajo.

Energía Potencial Elástica

• Es la energía que posee un cuerpo por haber sido deformado y alejado de su estado de reposo.
• Es la que se encuentra almacenada en los resortes o elementos elásticos cuando se encuentran comprimidos.
• El valor de esta energía es proporcional al valor de la constante de rigidez (k) del elemento elástico y la longitud de la deformación (x).
• Ejemplo: En el caso de la cama elástica, el peso del niño que cae sobre ella produce una deformación que, a su vez, producirá un trabajo al "lanzar" al niño de nuevo por los aires cuando recupere su forma.

Conservación de la Energía Mecánica

La energía mecánica total de un sistema es la suma de la energía cinética, la energía potencial y la energía potencial elástica. En un sistema aislado, la suma de las energías potencial y cinética (es decir, la energía mecánica) se mantiene constante.