Entornos invisibles de la ciencia y la tecnología (Capítulo 3) - Red de energía electrica

0:00 [Música] Te descubriría, aprender, participar. Televisión más internet www.4. [Música] oho [Música]

1:20 Hoy vamos a investigar cómo se genera se transmite y distribuye la electricidad que usamos en nuestros hogares e industrias. También vamos a conocer los efectos de la electricidad sobre nuestro cuerpo. Contamos para eso con Tomás. Tomás. Tomás, nuestro ayudante de campo. ¿Qué tal, Tomás? Muy bien. Teniendo en cuenta el tema de hoy, me viene con todas las pilas. ¿Podríamos vivir sin energía eléctrica? Después de todo, de los 4500 años de historia escrita, hace apenas 100 que la usamos en nuestras vidas, civilizaciones enteras, grandes imperios se crearon, crecieron y cayeron sin saber lo que es la electricidad. Si Julio César, Atila, Colón, Galileo,

2:06 Napoleón y San Martín vivieron sin prender una bombita, ¿no podríamos vivir nosotros sin energía eléctrica? ¿Qué pasaría si se corta el suministro? Hay que ver hasta qué punto hay que ver hasta qué punto dependemos de la electricidad. [Música] [Aplausos] Y estos son solo algunos de los inconvenientes que demuestran hasta qué punto dependemos de la energía eléctrica. Hay una forma sencilla de ver cuán

2:52 electrodependientes somos. Contemos el número de interruptores en nuestra casa. A cada interruptor lo llamaremos click. Un interruptor, un clic. Cinco interruptores, cinco clics. Yo tengo 27 llaves de pared y nueve perillas. En total, 36 interruptores. Y la llave de la computadora, ah, no, no la conté. ¿Y el botón de encendido del televisor? los botones del control remoto y del equipo de audio, el DVD, lavar ropas, el equipo de audio, ya lo dije, el ascensor, el tablero, el coso que te viste que te pones así, la planchita para el pelo, la afeitadora eléctrica, el aire acondicionado, el ventilador. Anda a contar de nuevo. Sí, bueno, mejor voy a contar de vuelta. Es que los clicks domésticos no son ni

3:37 10, ni 20, ni 50, son 100, 200, centenas. De hecho, siempre hay más artefactos que tomacorrientes. [Música] Esos triples, esas zapatillas son cómplices de tus prácticas eléctricas poco ortodoxas y 100% inseguras. No, pero esto es provisorio. Yo después lo pongo bien. Después, ¿cuándo? No, no, porque esto es siempre así. Empieza siendo una conexión provisoria y termina siendo una instalación definitiva. Tomás, una pésima costumbre que puede terminar en incendio. Más tomacorrientes, menos zapatillas. No, no, no, no, no. Vos no, vos no, no.

4:22 La palabra electricidad proviene del griego electron, que quiere decir ámbar. Es que los griegos ya realizaban experimentos eléctricos con ámbar, piedras y pelusa hace 2500 años, un poco antes de que en Argentina se inventara la virome o se conociera el buscapolos. La revolución industrial viene de la mano de la máquina de vapor. Cada fábrica tenía la suya y con ella hacía girar un enorme tronco que cruzaba toda la planta y se acoplaba mediante correas a los tornos o telares. Para iluminarse utilizaban velas y faroles. Recién en el siglo XX comienza la distribución pública de electricidad. Se usaba principalmente para iluminación. Es por eso que aún hoy seguimos diciendo

5:07 que llegó la cuenta de la luz. Sí, debe ser por eso. Al principio se distribuía la corriente continua o directa y a partir de 1940 la corriente alterna que consumimos hoy. ¿Qué diferencia hay entre corriente alterna y corriente continua? A ver, imaginemos una cañería con agua. Una bomba rotativa tiene una acción similar a la de la corriente de una pila que es directa, o sea, que impulsa el agua siempre en el mismo sentido. Así, una pila es comparable con una bomba. También podemos comparar un cable con un caño y una lámpara que consume energía y ofrece resistencia al paso de la corriente con esta serpentina por la que el agua circula con dificultad. La presión de la bomba se relaciona en

5:53 esta comparación con la tensión de la pila en volts. El caudal que circula, o sea, los litros por minuto, equivalen a la corriente eléctrica, a la cantidad de electrones que pasan por segundo en el circuito. 6 trillones de electrones por segundo son 1 amp. La potencia es el producto del voltaje por la corriente y se mide en watts. Si el agua fuera impulsada por una bomba de pistón, su sentido de flujo variaría de dirección, que es lo que hace la corriente alterna. [Música] Dependiendo del país, si la corriente alterna es de 50 ciclos, se enciende y apaga 100 veces por segundo. Si es de 60 ciclos, lo hace 120 veces, por eso es

6:39 mucho más segura. Este constante ida y vuelta hace que no se mantengan encendidos los arcos o chispas, disminuyendo el riesgo de incendio. Otra ventaja de seguridad de la corriente alterna es que se puede transformar fácilmente su voltaje reduciéndolo hasta que ya no sea peligroso. Probablemente el uso más común y primitivo sea el timbre. Un hombre camina bajo la lluvia. El agua en su cuerpo es conductora de la electricidad. Sus zapatos mojados lo conectan con la tierra. Al tocar el timbre, si este tuviera una falla de aislación, los 220 V de tensión harían que circule una corriente grande desde el timbre hasta la tierra. Pero un pequeño transformador que baje

7:25 la tensión a 6 V resuelve este problema. [Música] Por eso, en los tiempos de la corriente continua, que no era fácil de transformar, los timbres funcionaban con pilas que cada tanto se secaban y había que cambiar. ¿Cómo se produce la electricidad? Cuando un conductor eléctrico, como puede ser un alambre o un hilo de cobre, se mueve frente a un imán, se genera una tensión eléctrica o voltaje entre los extremos del conductor. Si conectamos

8:11 varios conductores en serie, lo que comúnmente llamamos bobina, las tensiones generadas se suman. Al cerrarse el circuito con una carga, por ejemplo, una lámpara, se produce una corriente eléctrica. Como en esta linterna de mano que hace girar una rueda de imanes en torno a una bobina para alimentar la lamparita. O sea, que transforma energía mecánica en energía eléctrica, almacenando la energía en pilas recargables para usarla en otro momento. Pero a gran escala no hay forma de almacenaje. Entonces, debemos generar la electricidad en el momento del consumo. Vamos a ver cómo primero tenemos que generar un campo magnético. ¿Cómo lo hacemos? Muy bien, tenemos un clavo.

8:57 Dame un clavo, idem. Si enrollamos unas cuantas vueltas de hilo de cobre alrededor del clavo y conectamos los extremos a una pila, tenemos un electroimán. Si el campo magnético de la bobina se produce en presencia de otro imán, se generan fuerzas de atracción o repulsión que mueven a la bobina. Esto se llama principio motor. Yo construí este motor con dos cajitas de fósforos y una bobina. Mira vos que sofisticado. Entonces, un generador y un motor son lo mismo. Bueno, sí y no. La diferencia radica en que el motor recibe energía eléctrica y la convierte en energía mecánica y el generador recibe energía mecánica y la convierte en energía eléctrica.

9:42 Entonces, si yo conecto una lamparita al girar el eje, el motor [Música] Una de las personas claves en la historia de la electricidad es Michael Farad. Farad fue el inventor del motor. Qué groso Farad. Además de ser el descubridor de la inducción electromagnética que permitió el desarrollo de la máquina eléctrica más sencilla y más utilizada por nosotros, el transformador. Gráfico, por favor. Si la corriente que circula por una bobina es constante, su campo magnético también lo es. Si la corriente es variable, por ejemplo, alterna, el campo magnético de la bobina es también variable. Cuando un campo magnético

10:29 varía, aparece voltaje en los conductores y bobinas que estén cerca. Si enrollamos dos bobinas aisladas alrededor de un trozo de hierro que canalice el flujo magnético, al alimentar la primera contención alterna, el flujo magnético variable generado por esta va a inducir un voltaje en la segunda. Ese es el principio del transformador. Y acá vienen los números. La relación del voltaje que entra en la primera bobina y el que sale de la segunda está dada por la relación del número de vueltas de alambre en cada bobina. El número de vueltas de la primera bobina sobre el número de vueltas de la segunda bobina es igual al voltaje que entra sobre el voltaje que sale. O sea, que si la bobina primaria tiene 2,000 vueltas y

11:16 la secundaria 1000 vueltas, el voltaje de salida va a ser la mitad que el de entrada. Exacto. Sería el caso de un transformador que se alimenta con 220 V y entrega 110 V y con la corriente se da la relación inversa. Si el voltaje se transforma a la mitad, la corriente se transforma al doble. O sea, que si la bobina primaria recibe un amp, la secundaria entrega 2 amperes. Exacto. ¿Y te acuerdas de la potencia? Eh, la potencia. ¿Qué potencia? La potencia, que es el voltaje por la corriente es la misma de los dos lados. Pero en la práctica no es exactamente

12:02 así. Siempre algo de potencia se pierde por dispersión de flujo magnético, por generación de calor. El transformador ideal no existe. La máquina ideal no existe. El hombre ideal no existe. Pero a veces tenemos magnetismo. Me dio cara de bobina a mí. [Música] Bienvenidos al mundo de la alta tenensión. Estamos en el lado oscuro del enchufe.

12:49 Este transformador toma los 20,000 V y 20,000 amp que entrega un generador de la central y eleva el voltaje a 500,000 V. Al subir el voltaje hace falta que circule corriente para obtener la misma potencia y los cables que se usan para transmitir la electricidad a miles de kilómetros no necesitan ser tan gruesos. Este es el cable que trae los 20,000 V y 20,000 amp del generador al transformador. No se puede cablear una ciudad y todas las casas con esto. 20,000 V y 20,000 amperes es una potencia de 400 millones de Ws, 400 MW o megwti si nos ponemos telúricos. Este transformador es tan grande que

13:35 además de tener bobina primaria y secundaria debe tener bobina universitaria. Ya dijimos que los generadores de las centrales eléctricas funcionan como el alternador de un auto, transformando la energía mecánica del motor en energía eléctrica. Pero estos generadores no pueden usar nafta. ¿Cómo funcionan entonces? Las centrales hidroeléctricas aprovechan las diferencias de nivel del terreno por donde pasan ríos. Se embalza el agua y se la deja caer a través de turbinas que se acoplan a los generadores. En este caso, la energía potencial gravitatoria de una masa de agua se transforma finalmente en energía eléctrica en generadores impulsados por turbinas. Se pueden construir varias represas en

14:21 un mismo río, pero la retención de agua tiene que ser coordinada, ya que si una represa embalza demasiada agua, inunda la salida de la represa que está río arriba, dejándola sin altura para el funcionamiento de sus turbinas. A favor de la generación hidroeléctrica, no utiliza combustible, no contamina. En contra, hay que inundar enormes extensiones. Se afecta el paisaje, se altera el clima y obliga a personas y animales a hacer las valijas. ¿Y qué pasa si hay sequía? Veamos las centrales térmicas. Usan combustible, generan calor y hierven agua. Del agua sale vapor. El vapor impulsa las turbinas. Las turbinas mueven los generadores. A mí me cierra,

15:06 pero usan mucho combustible. Emiten dióxidos de carbono. Probamos otra. L centrales geotérmicas. [Música] Las centrales geotérmicas son similares a las térmicas, pero usan el vapor que surge del interior de la tierra para impulsar sus turbinas. Estas centrales no necesitan quemar combustible. Listo, me llevo una docena. Es que ese es el problema. Hay pocas, muy pocas. Al final usted por cada solución tiene dos problemas. Queda una. ¿Cuál? La central nuclear. La energía nuclear es la forma de generación eléctrica más barata y limpia. No genera gases y sus insumos abundan. En Argentina, el 12% de la

15:52 energía eléctrica proviene de centrales nucleares como la de Atucha. Tienen algunos problemas. Sí. Y además está el otro problemita, ¿no? En realidad los accidentes de las centrales nucleares no pueden ocasionar ni un estallido ni una mala película. Son cosas más sutiles, pero igualmente catastróficas. Cáncer, esterilidad, quemaduras. ¿No será preferible el calentamiento global? Total, me saco el suéter, me tomo un licuado. Un temor razonable el tuyo, ¿eh? Porque cuando los elementos combustibles se gastan siguen produciendo bastante radiación. Por eso hay que tener cuidado dónde se guardan. Han ocurrido accidentes.

16:48 ¿No sería mejor buscar alternativas? No me digas, Tomás. Muy buena idea, ¿eh? ¿Y a usted qué se le ocurre al licenciado? Y por ejemplo, una central Tidal o mareomotriz. Claro, que aproveche las diferencias de altura de la marea para embalzar el agua. Molinos de viento para energía eólica y energía solar. Tenés razón, Tomás. Vamos a sugerir tu idea. Seguro que no se le ocurrió a nadie. [Música] Y dejemos el cómo tendría que ser para volver al cómo es. ¿Cómo llegan esos

17:34 miles de megwtios generados en todo el país a su casa? Ya dijimos que para la transmisión la tensión se eleva a 500,000 V, lo que reduce la corriente y permite usar cables de menor diámetro. Para transmitir la misma potencia a baja tensión, harían falta cables de varios metros de diámetro. Para hacerlo a 220 vol no alcanza todo el cobre del mundo. El sistema argentino de interconexión conocido como SADI es la red de líneas de alta tensión que administra los recursos de generación eléctrica que están disponibles en cada momento. Vendría a ser como tener alargadores y zapatillas de alta tensión interconectados por toda la Argentina.

18:20 Incluso está conectado con países vecinos a los que se les compra y se les vende energía. [Música] En internet se encuentran publicados los datos sobre generación, transmisión y consumo diario. Lo más común es que la generación térmica, la nuclear y una porción de la hídrica llamada de base sean más o menos constantes a lo largo del día. La porción restante de la energía hídrica llamada de punta varía de acuerdo con los picos de demanda. Los 500,000 vol llegan a la ciudad. Si eso fuera directamente a su casa, al enchufar usted la aspiradora, las consecuencias serían previsibles.

19:14 Entonces, bajemos un par de cambios o mejor dicho unos miles de volts. [Música] Estos transformadores reducen los 500,000 V originales a valores de media tensión que oscilan entre 33,000 y 6600 V. Luego en cada manzana o edificio, si el consumo lo justifica, una subestación transformadora lo vuelve a reducir a los 220 V de consumo o baja tensión. En la ciudad, estos transformadores son subterráneos. En los suburbios hay uno o dos por barrio y son aéreos.

20:00 Claro, usted en su casa normal, familia normal, uso normal, todo normal, recibe tensión normal o monofásica, un cable neutro y un cable vivo con 220 V. Pero si usted es una normal. [Música] En ese caso, en vez de recibir dos cables, le dan cuatro, un neutro y tres vivos diferentes. Entre un vivo cualquiera y el neutro hay 220 V, pero entre dos vivos hay 380 V.

20:47 Con esa clase de alimentación llamada trifásica, los motores son más chicos y andan mejor. Y hasta acá llegó la responsabilidad pública. Del medidor para allá es asunto suyo. El voltaje de una casa es constante, 220 V. Pero si se van agregando artefactos, van subiendo los amperes, o sea, la corriente. Los fusibles tienen un filamento que se calienta y se funde cuando la corriente que lo atraviesa es excesiva, como ocurre durante un cortocircuito o una

21:33 sobrecarga. Esto evita que se sobrecalienten los cables y se derrita el aislamiento con alto costo de reparación o riesgo de incendio. Las llaves térmicas tienen la ventaja de que no hace falta reemplazar filamentos. Se disparan cuando una sobrecarga de corriente produce el calentamiento de dos chapas de diferente dilatación y se rearman fácilmente. Y las llaves magnéticas se disparan instantáneamente cuando la corriente sube de golpe a varias veces el valor normal, como ocurre durante un cortoocircuito. Por eso, lo más efectivo es la combinación de ambos sistemas en llaves termomagnéticas. [Música]

22:22 Para probar el correcto funcionamiento del sistema de protección, provocaremos un cortocircuito intencional. Por favor, no prueben esto en sus casas. ¿Por qué es peligroso? Ahí me dijeron que no era peligroso. No, Tomás, no, no, no te preocupes. Eso se dice siempre. Es una formalidad. [Música] Cuando Tomás junte los cables, se producirá el cortocircuito y una corriente de miles de ampers va a recorrer la línea. Veamos qué ocurre. [Música] ¿Estás bien? La protección funcionó perfectamente.

23:12 No solo las instalaciones se protegen con estos sistemas, también algo más importante, mucho más importante. Yo, no, bueno, usted también quiero decir, ojo, no, no, bueno, los seres humanos en la vida, la vida quiero decir, no los pajaritos, las florcitas, el teru, teru, teru. Nuestro sistema nervioso funciona transmitiendo impulsos eléctricos en el orden de los milivoltios, milésimas de voltios. Si recibimos tensiones mucho mayores, se podrían paralizar los músculos con graves y hasta mortales consecuencias. [Música]

24:02 No, no, no. Una descarga eléctrica no es una película de terror. No, un shock de 220 o 380 V es doloroso. Puede ser letal, pero no salen chispas del cuerpo humano. Yo que le dije, no, la próxima vez no me ande descalso con las manos mojadas, ¿eh? Le puede pasar cualquier cosa. Un artefacto eléctrico mal aislado puede descargar a través de su carcasa. Por eso los chasis tienen una conexión de tierra que corresponde a la patita inferior de los enchufes. [Música] Los adaptadores que anulan la conexión a tierra no son recomendables, incluso están prohibidos, pero son más seguros que una conexión improvisada. Obviamente evitar una descarga es lo más

24:49 deseable, pero en caso de que ocurra hay un dispositivo que nos puede salvar. El disyuntor diferencial, [Música] un dispositivo que se activa cuando existen diferencias entre la corriente que recorre el vivo y la que recorre el neutro. Eso ocurre cuando hay una fuga a tierra, posiblemente a través de una persona que gracias al disyunor no recibe corriente durante demasiado tiempo. Y Tomás, ¿qué aprendiste hoy? Eh, ¿qué pasó hoy, querido? Todo lo que hicimos las agarré. Hoy aprendí un montón. Miren, aprendí que la electricidad se produce en las centrales generadoras. De ahí se transforma alta tensión para la transmisión por líneas miles de

25:34 kilómetros. Cuando llega a la ciudad se transforma primero a media tensión y finalmente a 220 V para que podamos consumir, consumir y consumir. En apenas un siglo nos hemos vuelto electrodependientes, pero es una dependencia que aumenta nuestra pasó. Hola. La luz, licenciado. Esto no está bien. Hola, [Música]

26:51 [Aplausos] [Música]