El sistema eléctrico como si fuera una bicicleta tandem

El sistema que suministra electricidad a particulares y empresas en es muy complejo. Aunque la electricidad es una parte omnipresente y crucial de nuestra economía cotidiana, entender este sistema y todos sus fenómenos asociados no es fácil, a veces ni siquiera para ingenieros eléctricos con formación. En un caso así, una buena analogía suele ayudar a formarse una mejor idea de cómo funcionan las cosas. Por ello, los autores del documento mencionado en la fuente han optado por comparar el sistema eléctrico con una bicicleta tándem, y así explicar algunos de sus aspectos.

Por supuesto, ninguna analogía es perfecta al 100%. El sistema eléctrico real y nuestro sistema imaginario de bicicletas no coinciden en todos los aspectos, ya que todas las características del sistema eléctrico no se prestan necesariamente a una traslación a este sistema de bicicletas. Algunos aspectos de la analogía no siempre son del todo exactos. Sin embargo, las similitudes entre los dos son lo suficientemente estrechas como para que el sistema de la bicicleta, más fácil de visualizar, sea de gran ayuda para comprender el sistema eléctrico, más abstracto. Y ése es, por supuesto, el objetivo de este artículo.

La representación básica del sistema

Imagina una bicicleta tándem moviéndose a velocidad constante. El objetivo de todo este sistema es mantener las figuras en azul en la parte trasera de la bicicleta en movimiento, a pesar de que no están generando nada de la energía que mantiene la bicicleta en movimiento. Representan la carga. Hay grandes cargas que consumen mucha electricidad, como las plantas industriales, y otras más pequeñas, como las viviendas particulares. Las figuras de pedaleo en rojo suministran la energía que mantiene el sistema en marcha. Son las centrales donde se genera la energía eléctrica. Algunas centrales son más grandes y fuertes que otras y, por tanto, suministran más energía.

La cadena que conecta todos los elementos del sistema equivale a la red de transmisión eléctrica. Es decir, la red de líneas de alta tensión utilizada para transportar la energía eléctrica por todo el país. La cadena debe hacer girar las ruedas a un ritmo constante para mantener la misma velocidad. Del mismo modo, la red eléctrica debe tener una frecuencia constante. La parte superior de la cadena debe estar bajo una tensión física constante, al igual que la conexión en la red de transmisión eléctrica debe tener un nivel de tensión exacta. La parte inferior de la cadena está sin tensión y es el equivalente del cable neutro en una red de transmisión. El movimiento de pedaleo (energía) de las figuras rojas se transmite a la cadena mediante un engranaje o un sistema de engranajes. Este engranaje es como el transformador entre el movimiento de giro de la turbina de una central eléctrica y la red eléctrica de alta tensión.Algunas de las figuras rojas (= centrales eléctricas) no pedalean a plena potencia. Conservan parte de su energía para poder aplicar algo más de fuerza cuando sea necesario para mantener la misma velocidad. Por ejemplo, cuando una figura azul salta de repente a la bicicleta (=otra carga se conecta a la red), o uno de las figuras rojas sufre un calambre y tiene que dejar de pedalear (=una central eléctrica tiene problemas técnicos y debe cerrar), se necesita una fuerza de sustitución para mantener la misma velocidad.

Manteniendo la frecuencia y el voltaje constante

Una de las figuras rojas lleva unos zapatos demasiado resbaladizos. De repente, su pie resbala del pedal. Su contribución a la potencia del sistema se pierde y la tensión de la cadena disminuye. Esto debe ser compensado por las otras figuras rojas para mantener la misma velocidad. La figura roja a la que se le han salido los pies de los pedales tiene que tener cuidado de no hacerse daño, ya que la cadena y sus pedales siguen girando. Es una operación complicada poner el pie en el pedal y volver a hacer su parte del trabajo con sus compañeros. Esta situación puede compararse con una caída de tensión. Debido a un fallo en una central eléctrica (= zapatos resbaladizos), puede ocurrir que su sistema de control la apague repentinamente (= pisar el pedal), pero con el riesgo de dañar ciertos equipos ya que entonces la red es más potente y mantiene la misma frecuencia (= el pedal sigue girando). El resultado de este apagón es una caída repentina de tensión en la red (= caída de tensión en la cadena) que dura hasta que las otras centrales eléctricas de la red reaccionan aumentando su contribución. Si no reaccionan lo bastante rápido, la frecuencia (= velocidad de la bicicleta) puede empezar a bajar.

Una caída de tensión similar puede producirse cuando una carga pesada se conecta repentinamente a la red. Por eso, la mayoría de las veces, las cargas pesadas no se conectan de golpe, sino poco a poco. En tal caso, las centrales tienen que bajar su contribución rápidamente o la frecuencia subirá. En nuestra analogía del tándem, la bicicleta se acelerará de repente si alguno de los ciclistas azules salta de la bici y los rojos siguen aplicando la misma fuerza sobre los pedales. Tienen que reaccionar rápidamente y reducir su potencia o la bicicleta empezará a acelerar.

Fuente: The electrical system as a Tandem bicycle, por Stefan Fassbinder