ANTIGEDAD ELCTRICA

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El origen de las frecuencias elctricas Por qu 50 y 60 Hz?

Aunque en la actualidad pueda parecer que siempre ha existido una nica frecuencia para el transporte de la energa elctrica, en cada una de las

dos principales zonas de influencia: 50 Hz para Europa y 60 Hz para Estados Unidos, esto no ha sido as. Realizaremos un recorrido por la historia

de las frecuencias que ha sido utilizadas.

En 1891, los ingenieros de la empresa Westinghouse, en Pittsburgh, se pusieron de acuerdo y tomaron la decisin final de considerar a los 60 Hz

como la frecuencia del futuro, y durante ese mismo ao, los ingenieros de Allgemeine Elektrizitats Gesellschaft (AEG) en Berln seleccionaron los 50

Hz.

Desde la toma de estas decisiones, estas frecuencias pasaron a ser las frecuencias de transmisin de la corriente alterna normalizadas, de hecho

esta decisin sigue afectndonos hoy en da. Aunque esto de la normalizacin depende de cada pas, uno de los casos ms peculiares es el de

Japn, cuando una persona viaja de Tokio a Osaka ha de tener en cuenta que ha pasado de una zona de 50 Hz a otra de 60 Hz.

Con esta pequea resea se va a intentar clarificar el por qu los ingenieros de Westinghouse y AEG no se pusieron de acuerdo en una nica

frecuencia y por qu eligieron cada uno un valor diferente.

Para conocer el origen de las decisiones que determinaron las frecuencias actuales hay que viajar hasta finales del siglo XIX, para ello es necesario

revisar los documentos que permitan vislumbrar las trazas de estas decisiones y esto nos permitir resear cronolgicamente los hechos que

llevaron a stas.

Desde el principio de los tiempos de la electricidad usada no como divertimento, sino como un mtodo seguro de iluminar las casas, los paseos o

como un mtodo para la alimentacin de motores elctricos en las fbricas y producir un movimiento mecnico que nos liberara de los costosos y

poco eficientes sistemas de transmisin mecnica: mediante ejes, bielas, poleas y engranajes que se estaban utilizando en aquellos aos de la

revolucin industrial, las frecuencias utilizadas han cambiado desde los 40 y 53 Hz en Europa y de los 133+1/3 y 125 Hz en EE.UU. a los 50 y 60 Hz

respectivamente. No se va a resear el periodo de transicin entre la corriente continua, cuyos principales valedores fueron Edison y Kelvin y la

corriente alterna (1887), cuyo principal defensor fue Nikola Tesla, porque esta s que fue una autntica guerra, tanto tecnolgica como econmica y

poltica.

De 1866 a 1890

Aunque hoy en da parezca increble en aquellos aos cada fabricante, Edison, Thomson-Houston, Westinghouse, Siemens, etc. generaban,

producan y distribuan la energa elctrica, adems de fabricar los motores y lmparas adecuadas a las caractersticas de sta. Donde la electricidad

no se desarroll como un todo y se intent el uso individual de los diferentes inventos aislados unos de otros, apareci un atraso tecnolgico

importante: Inglaterra, Francia o Espaa.

Como claro ejemplo de esta situacin, en 1878, la Edison Machine Works construa dinamos, la Edison Tube Company fabricaba conductores,

la Edison Lamp Works fabricaba lmparas incandescentes y la Electric lIuminating Company of New York generaba electricidad en a central de Pearl

Street.

Centrndose en la corriente alterna, en 1884 el Dr. Hopkinson demostr la posibilidad de transmisin de corriente alterna sobre distancias cortas,

mientras que ese mismo ao Gibbs y Gaulard presentaron la segunda versin de su generador secundario, precursor del transformador, en la

Exposicin de Turn. Se hicieron ensayos de transporte entre Turn y Lanzio. La red primaria era de unos 40 km de longitud, una potencia de 20 KW

y una tensin de 2.000 Volt. En ese periodo, Max Deri, Otto Blthy y Karl Zipernowsky, viendo los defectos del generador secundario de Gibbs y

Gaulard, lo mejoraron cerrando el circuito magntico. El 16 de septiembre de 1884 se acab de montar el transformador, por primera vez as llamado,

cuyas caractersticas eran: relacin de transformacin 120/72 v, potencia de 1.400 VA y 40 Hz.

En 1886, la compaa Westinghouse compra las patentes de los transformadores diseados por: Gibbs-Gaulard y el de Max Deri, Otto Blthy y Karl

Zipernowsky y con el empeo de Stanley desarrollan un transformador acorazado que utilizaron en su demostracin de Great Barrington, que estuvo

alimentado desde un alternador del tipo de los fabricados por Siemens. ste tena 16 polos, trabajaba a 1.000 rpm y de aqu los 133+1/3 Hz

f = (p * n) / 120

Donde:

f = frecuencia en Hz

p = nmero de polos

n = velocidad de giro del alternador en rpm

En cambio, otros fabricantes como la Thomson-Houston Company utilizaba alternadores de 15.000 ciclos (p*n), lo que permita frecuencias de 125

Hz.

Por esta razn se inicia en EE.UU. la era de la alta frecuencia en la generacin y transmisin de la energa elctrica, Westinghouse 133+1/3,

Thomson y Houston 125 Hz y Fort Wayne Jenny Electric 140 Hz.

Realmente, en estos aos, el principal uso de la electricidad era para la iluminacin y tanto unas como las otras frecuencias cumplan perfectamente

con los requerimientos deseados de calidad. Con frecuencias inferiores las lmparas empezaban a producir un molesto efecto parpadeante.

De 1890 a 1925

Este es un periodo en el que aparece un elemento que va a perturbar la relativa tranquilidad de los fabricantes, el motor de induccin.

Los motores que se utilizaban para el desarrollo de potencias mecnicas que movan las herramientas de las mquinas se acoplaban directamente,

motor elctrico-mquina herramienta, si stas mquinas trabajaban a unas 80 rpm, se requeran motores elctricos de 200 polos alimentados a

133+1/3 Hz. Este problema, del elevado nmero de polos, no apareca en Europa puesto que ya se trabajaba con 40 Hz, y por lo tanto se requeran

generadores de 60 polos.

En 1890, AEG Y Oerlikon utilizaron 40 Hz para su lnea elctrica trifsica de 175 km desde Frankfurt (receptores) a Laufen (produccin) utilizando un

alternador de 50V de tensin de fase, 32 polos cuyo rotar giraba a 150 rpm, lo que nos da una frecuencia de 40 Hz. La transmisin se realizaba

transformando en el origen de 50 a 8.500V y en la ciudad de Frankfurt se reduca su tensin a 65V. Posteriormente se dieron cuenta de los

problemas estroboscpicos, debidos a la baja frecuencia aplicada a las lmparas y ya en 1991 optaron por una frecuencia de 50 Hz, con lo que se

solventaban ambos problemas. Diseo de los generadores para la alimentacin de motores y de los sistemas de iluminacin.

En 1890, los ingenieros de Westinghouse se dieron cuenta que trabajar a frecuencias sobre los 130 Hz les estaba impidiendo el desarrollo de sus

motores de induccin, demasiados polos en el estator de la mquina. Analizando el problema, llegaron a la conclusin que 7.200 ciclos (p*n), y por lo

tanto 60 Hz de frecuencia en la corriente elctrica, era el valor ptimo para sus motores y el acoplamiento a las mquinas que se fabricaban en

aquellos aos.

Steinmetz justo antes de entrar a trabajar en la Thomson-Houston Company determin que la aparicin de problemas de resonancia, con el material

elctrico que haba adquirido Hartford Electric, era debida a los armnicos de la seal de 125 Hz con la que suministraban la corriente. La forma de

solucionarlo fue reducir sta a 62,5 Hz. Por el contrario General Electric sigui utilizando los 50 Hz que utilizaba su socia europea AEG. En 1894,

General Electric se dio cuenta que estaba perdiendo ventas dentro del mercado la corriente alterna y cambi drsticamente a 60 Hz.

Pero no todo era unanimidad, respecto de los 60 Hz, uno de los mayores proyectos para la generacin de energa elctrica de la poca, el de las

cataratas del Nigara, en 1892, para suministrar energa a la ciudad de Chicago se decant por la utilizacin de un alternador bifsico de 12 polos,

cuyo rotar giraba a 250 rpm, lo que nos da una frecuencia de 25 Hz, siendo Westinghouse la compaa que desarroll el proyecto. Asimismo otros

fabricantes de generadores de aquellos tiempos construan alternadores de 8.000 ciclos, lo que nos da una frecuencia de 66+2/3 Hz.

De 1925 hasta la actualidad

Aunque pueda parecer que desde 1921 todos los sistemas elctricos en EE.UU. utilizaban los 60 Hz, esto no fue as. El proceso de transformacin

hacia la frecuencia estndar dur prcticamente hasta 1948. Por ejemplo las instalaciones de Mili Creek no se modificaron hasta la finalizacin de la

segunda guerra mundial.

En Inglaterra an fue peor desde la redaccin de Electric Light Act, en la que se obligaba que todo el material elctrico que se fabricase deba de

poder ser utilizado por cualquier persona o empresa, llev a que el transformador desarrollado por Gibbs y Gaulard no pudiese ser utilizado en

Inglaterra (una de las causas de su retraso tecnolgico) pero s en EE.UU. o Alemania.

Un caso extremadamente peculiar lo tenemos en Japn. El departamento de Yokohama envi a EE.UU. unos ingenieros para que estudiaran las

diferentes tecnologas que sobre el tema elctrico haba en ese momento, 1889. Cuando volvieron a Japn haban sido convencidos de las bondades

de la alta frecuencia y compraron e instalaron un alternador de Stanley-Kelly-Chesney (SKC) el cual trabajaba a 133+1/3 Hz, en Keage Canal. En

1895 AEG vendi un alternador de 50 Hz a una compaa de Tokyo.

Recordemos que Stanley de la SKC se traslad a General Electric, y fue cuando determin que 133+1/3 era una frecuencia demasiado grande para

los motores elctricos de corriente alterna, y cambiaron la produccin de sus alternadores para que generaran corriente elctrica a 60 Hz. Cuando

una compaa de la ciudad de Osaka compr un alternador AGE, sta los fabricaba para generar corrientes de 60 Hz y aqu empez la divisin de

las frecuencias en Japn hasta la actualidad: en el este 50 Hz y en el oeste 60 Hz.

Resumen

Realmente, la determinacin de la frecuencia ms conveniente vino debida a la necesidad de ir superando los problemas tecnolgicos que iban

apareciendo en la expansin de la energa elctrica por todo el mundo.

As, en los primeros aos la energa elctrica se utilizaba casi exclusivamente para la iluminacin pblica, hoteles, bancos y casas de personas ms

bien pudientes y para evitar los efectos estroboscpicos las frecuencias utilizadas eran altas.

Cando se introdujo la energa elctrica dentro de los procesos fabriles y el consumo de la energa deba de ir destinado, no solo a iluminacin, sino a

potencia se redujo la frecuencia de sta hasta los valores actuales.

El por qu de 50 Hz en Europa y de 60 Hz en EE.UU. vino debido nica y exclusivamente determinado de la posicin de preponderancia de AEG en

Europa y de GE en EE.UU., cuyos ingenieros se decantaron en su momento por una u otra.

Fuente: Articulo El origen de los 50-60 Hz en la transmisin de la energa elctrica. Escrito porEduardo Aznar Colino y Joaqun Royo Garca,

y publicado en la revista Tcnica Industrial 242 (Septiembre de 2001)

Ms antigedad elctrica

Generacin distribuida

Generacin y transporte de electricidad

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