Transformadores de corriente. Transporte de energía
Transformadores de corriente
Los diversos equipos y elementos alimentados por corriente eléctrica utilizan con frecuencia distintos valores de voltaje. Para resolver los problemas que se derivarían de esta disparidad se usan los transformadores de corriente.
En esencia, un transformador consta de dos solenoides o arrollamientos conectados, que se conocen como primario (por el que entra la corriente a un determinado voltaje) y secundario (con una tensión o voltaje eléctrico de salida distinto del primario).
Esquema de un transformador elevador.
Fórmulas de conversión de los transformadores
Si se supone que en un transformador eléctrico no se producen pérdidas por efecto Joule ni otras formas de disipación de energía, y aplicando las leyes de Ohm y Faraday a estos sistemas, se obtiene que:
la fuerza electromotriz aplicada al primario, V2 el voltaje resultante en el secundario y N1 y N2 el número de espiras o vueltas del primario y el secundario, respectivamente.
- Si N2 > N1, el voltaje aumenta (transformador elevador).
- Si N2 < N1, el voltaje disminuye (transformador reductor).
En ausencia de pérdidas energéticas, se tiene que la potencia aparente, calculada como el producto de la intensidad eficaz por el voltaje eficaz, se conserva entre el arrollamiento primario y el secundario.
Al cerrar el secundario de un transformador se modifica la corriente que circula por el arrollamiento primario. El amperímetro interpuesto en el circuito de la ilustración detectará, en tal caso, el flujo de la corriente eléctrica.
Transporte de la energía eléctrica
En la equivalencia de la potencia eficaz a ambos lados de un transformador se basa el principio del transporte de la energía por líneas de alta tensión. El principio de funcionamiento es el siguiente:
- La corriente eléctrica obtenida de una fuente de energía primaria se hace pasar por una estación transformadora, donde se eleva el voltaje hasta miles de voltios (con la consiguiente reducción de la intensidad de corriente, ya que la potencia ha de conservarse).
- En el tránsito por las líneas eléctricas de los tendidos de alta tensión, las pérdidas por efecto Joule (proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente) son mínimas.
- En los lugares de consumo se utilizan transformadores para rebajar el voltaje a valores menos peligrosos para los usuarios (por ejemplo, a 220 V).
La energía eléctrica se transporta por líneas de alta tensión, con frecuencia por tendidos elevados entre torres eléctricas.
Ahorro y eficacia energética
La producción de energía eléctrica es cara, ya que obliga a construir instalaciones costosas (como centrales hidroeléctricas, térmicas y nucleares) que, además, tienen índices contaminantes elevados.
Por ello, los gobiernos y las empresas eléctricas promueven periódicamente campañas de ahorro y racionalización del consumo, que se sustentan, entre otras, en las siguientes medidas:
- Uso de motores eléctricos y lámparas de bajo consumo.
- Mejora de los aislamientos térmicos para evitar pérdidas en sistemas de calefacción y aire acondicionado.
- Empleo de sistemas de almacenamiento de energía en horarios de bajo consumo (tarifas nocturnas).
Corrientes de Foucault
En los diseños reales de transformadores, los solenoides se arrollan alrededor de un núcleo de hierro dulce. El campo magnético inducido genera en el interior del hierro unas débiles corrientes circulares que originan una ligera pérdida de energía por disipación. Tales corrientes reciben el nombre de su descubridor, el francés Foucault.
Jean-Bernard-Léon Foucault (1819-1868), físico francés, no sólo descubrió las corrientes que llevan su nombre, sino que también desarrolló una técnica muy precisa para medir la velocidad de la luz y diseñó el célebre péndulo con el que demostró experimentalmente el movimiento de rotación de la Tierra.
Seguridad en las líneas de alta tensión
Las líneas de alta tensión encierran un doble peligro: el riesgo de electrocutación, por el elevado voltaje que transportan (miles de voltios), y los campos electromagnéticos que se les asocian, con efectos posiblemente nocivos sobre la salud humana. Por ello, dichas líneas transitan por tendidos eléctricos elevados o subterráneos, y deben mantenerse a una distancia mínima de las viviendas y los centros de trabajo.
Tarifa nocturna
Para facilitar el ahorro y la optimización del aprovechamiento de la energía eléctrica en los sistemas de calefacción, se utiliza con frecuencia un sistema llamado de tarifa nocturna. Como la producción de energía eléctrica no puede interrumpirse, este método permite almacenar la energía producida durante la noche (cuyo precio es más barato) para poder usarla después durante el día.