Este documento presenta un libro sobre tecnología eléctrica. El libro está estructurado en 15 capítulos que cubren temas como energías renovables, parámetros eléctricos, cálculo de líneas eléctricas, riesgos eléctricos, protección de sistemas, tarifas eléctricas y despacho económico. El libro tiene un enfoque práctico y autodidacta para facilitar la comprensión de conceptos eléctricos de manera rápida y efectiva. Inclu
2. F!Prólogo e índice
PRÓLOGO
La idea de crear un libro que abarque, aunque de forma general, la mayor parte de la electricidad, ha
surgido ante la necesidad de disponer de un material de estudio apto para las nuevas carreras de In-
geniería Industrial de Segundo Ciclo, orientadas a estudiantes con poca disponibilidad de tiempo para
el estudio, o con dificultades para la asistencia regular a las facultades. Por ello, el enfoque dado a esta
obra ha sido muy autodidáctica, con abundancia de explicaciones y ejemplos, que permitan una
comprensión rápida, autónoma y eficaz de los temas, a veces complejos, que conforman esta disci-
plina. Aparte, con la inclusión de innumerables casos prácticos, se facilita el aprendizaje, la compren-
sión y la consolidación de los temas teóricos dados.
Esta es pues, una obra eminentemente práctica, sin más pretensiones que las de ofrecer, en un solo
libro, los aspectos teóricos y prácticos más importantes que rigen, tanto la técnica, como la economía,
la seguridad, o las posibilidades futuras (ventajas e inconvenientes), que la electricidad lleva consigo.
La obra está estructurada en bloques, con un total de quince capítulos o temas bien diferenciados.
El primer bloque (capítulos del primero al quinto) es una globalización de la electricidad, siendo su
comprensión de vital importancia para el seguimiento del resto de los temas del libro. Concretamente,
el primer capítulo es una introducción al mundo de la electricidad. En él se exponen los principios
históricos, así como los motivos que han permitido una evolución tan rápida como la que ha
experimentado. Seguidamente, y de forma muy superficial, se detallan todas las operaciones a
efectuar desde la generación de esta energía, hasta su consumo final, pasando por el transporte de la
misma. El segundo capítulo, ofrece una introducción a las energías renovables más utilizadas, ó con
más posibilidades de futuro; para cada tipo de energía, se detallan sus antecedentes, las técnicas
empleadas, su situación actual, sus repercusiones medioambientales, así como las ventajas,
inconvenientes y perspectivas de futuro que estas ofrecen. Los capítulos tercero, cuarto y quinto;
están dedicados a la explicación de los parámetros eléctricos (resistencia e inductancia, en el capítulo
tercero; capacidad y conductancia, en el capítulo cuarto; y métodos de cálculo para líneas de
transporte de energía eléctrica, en el capítulo quinto); Estos tres últimos capítulos, son de suma
importancia, ya que aprovechan estos parámetros para dar explicación a los efectos eléctricos más
importantes (intensidad, tensión, resistencia, potencia, efectos: corona, aislador, pelicular; filtros,
rectificadores, limitadores, etc).
El segundo bloque esta formado por los capítulos sexto, séptimo y octavo. El primero de ellos trata de
los riesgos eléctricos que entraña la electricidad, detallándose las variables que más influyen delante
de un contacto eléctrico. Una vez conocidos los riesgos eléctricos, el capítulo séptimo, nos propone los
sistemas de protección más empleados, así como los criterios que definen su correcta elección en
cada caso. Finalmente, se dedica un capítulo completo (el octavo), a la protección de los sistemas por
el método de la puesta a tierra, dada la importancia que éste ofrece tanto para la seguridad de las
personas como de las instalaciones.
El tercer bloque está formado por los capítulos del noveno al decimosegundo. Éste es quizás el bloque
menos definido, ya que engloba temas diversos del mundo eléctrico. Concretamente el capítulo noveno
versa sobre las máquinas eléctricas. Se indican los principios de funcionamiento más importantes,
profundizándose en la más típica de ellas, el transformador, del cual se realiza un estudio muy
detallado. El capítulo décimo, trata de la regulación de la tensión y la pérdida de potencia en las líneas
de transporte de energía eléctrica. Es un capítulo muy completo donde las demostraciones teóricas
conviven con ejemplos totalmente resueltos que permiten una mejor asimilación, dada la complejidad
del tema. Las bases de la iluminación, tanto de interiores como de exteriores, son tratadas en el
capítulo decimoprimero. En él se dan los principios básicos más importantes, para introducirnos en
esta técnica tan necesaria como moderna. Finalmente el bloque tercero se cierra con un capítulo (el
decimosegundo) dedicado a las centrales convencionales (térmicas, nucleares, e hidroeléctricas).
Hasta que las energías renovables puedan producir suficiente energía, seguiremos dependiendo de las
centrales clásicas, a pesar de todos los inconvenientes que éstas conllevan; En este capítulo se realiza
3. F TECNOLOGÍA ELÉCTRICA
un estudio detallado de las mismas, incidiendo muy particularmente, tanto en su modo de funciona-
miento, como en el de los problemas medioambientales a ellas asociados.
El cuarto bloque, y último de la teoría, esta dedicado al estudio económico de los sistemas de potencia,
y lo forman los capítulos decimotercero y decimocuarto. Concretamente el capítulo decimotercero,
versa sobre las tarifas eléctricas: los tipos de tarifas, complementos y bonificaciones, elección del tipo
de suministro para cada caso y situación, serán tratados con extensión; unos problemas resueltos
finales permitirán asimilar los conocimientos teóricos obtenidos. El capítulo decimocuarto, es un
compendio del funcionamiento económico de los sistemas de potencia, así: el despacho económico, el
control automático de generación, y la programación a corto, medio y largo plazo de las
infraestructuras, formarán parte de este largo y extenso capítulo.
El quinto bloque, lo forma el capítulo decimoquinto, capítulo dedicado exclusivamente a los enun-
ciados, con sus respectivas soluciones, de los problemas propuestos. El capítulo empieza con
enunciados sencillos, aumentando progresivamente la dificultad de los mismos, hasta alcanzar cotas
parecidas a los problemas que el lector pueda encontrar en la realidad, dando así un enfoque más real
de lo aprendido con la teoría y ayudando a consolidar sus conocimientos. El cálculo de parámetros
eléctricos, efectos corona ó aislador, regulación de la tensión o pérdidas de potencia en líneas de
transmisión de energía, entre otros, conforman los enunciados propuestos.
Finalmente unos anexos dedicados a las fórmulas, tablas, gráficos y esquemas necesarios, tanto para
un conocimiento general, como para la correcta resolución de los problemas, se adjuntan al final del
libro.
No quisiera terminar esta introducción, sin agradecer a todos los que de alguna forma han ayudado a
la confección de este libro, mediante sus observaciones, rectificaciones, o consejos, que han sido
siempre de gran utilidad. A todos ellos mi más sincera gratitud por su labor y por la paciencia mostrada
en diversos momentos de su realización.
El autor. Terrassa. Septiembre de 2000.
4. F#Prólogo e índice
ÍNDICE
Prólogo............................................................................................................................................. 3
Índice................................................................................................................................................ 5
Bibliografía ....................................................................................................................................... 8
CAPÍTULO I. LA ELECTRICIDAD.................................................................................................. 9
1.Historia de la electricidad.............................................................................................................. 9
2. Cronología histórica de la electricidad......................................................................................... 12
3. Estructura de un sistema eléctrico............................................................................................... 12
4. Suministros eléctricos.................................................................................................................. 15
5. Parámetros eléctricos característicos.......................................................................................... 17
6. Tensiones más frecuentes utilizadas en España ........................................................................ 22
7. Elementos constitutivos de los sistemas de potencia ................................................................. 23
8. Generación de energía eléctrica.................................................................................................. 25
CAPÍTULO II. ENERGÍAS RENOVABLES..................................................................................... 27
1. Introducción ................................................................................................................................. 27
2. Energía eólica .............................................................................................................................. 27
3. Energía solar................................................................................................................................ 33
4. Energía de la biomasa................................................................................................................. 42
5. Energía geotérmica...................................................................................................................... 46
6. Energía del mar ........................................................................................................................... 50
7. Minicentrales hidroeléctricas y centrales de bombeo.................................................................. 57
CAPÍTULO III. PARÁMETROS ELÉCTRICOS LONGITUDINALES:
(RESISTENCIA E INDUCTANICA)................................................................................................. 63
1. Aspectos generales ..................................................................................................................... 63
2. Resistencia R (Ω)......................................................................................................................... 64
3. Inductancia L (H).......................................................................................................................... 78
CAPÍTULO IV. PARAMETROS ELÉCTRICOS TRANSVERSALES
(CAPACIDAD Y CONDUCTANCIA) ............................................................................................... 85
1. Capacidad C (F)........................................................................................................................... 85
2. Conductancia G (S) ..................................................................................................................... 97
3. Problema resuelto del cálculo de los efectos Aislador y Corona.................................................102
CAPÍTULO V. CÁLCULO DE LÍNEAS ELÉCTRICAS ...................................................................107
1. Introducción .................................................................................................................................107
2. Conceptos previos .......................................................................................................................107
3. Diagramas....................................................................................................................................109
4. Tipos de parámetros....................................................................................................................111
5. Cálculo de líneas .........................................................................................................................111
6. Problema resuelto de cálculo de líneas eléctricas por todos los métodos..................................126
5. F$ TECNOLOGÍA ELÉCTRICA
CAPÍTULO VI. RIESGOS ELÉCTRICOS .......................................................................................139
1. Introducción .................................................................................................................................139
2. Primeros auxilios delante de un accidente de origen eléctrico....................................................139
3. Efectos de la corriente eléctrica sobre el organismo humano.....................................................144
4. La electricidad estática ................................................................................................................151
5. Tipos de accidentes eléctricos.....................................................................................................157
CAPÍTULO VII. PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS .....................................................161
1. Protección de sistemas eléctricos ...............................................................................................161
2. Coordinación de sistemas de protección.....................................................................................174
3. Tipos de contactos eléctricos ......................................................................................................177
4. Técnicas de seguridad contra contactos eléctricos.....................................................................179
CAPÍTULO VIII. PUESTAS A TIERRAS.........................................................................................189
1. Introducción .................................................................................................................................189
2. Definición de puesta a tierra ........................................................................................................190
3. Partes de que consta la puesta a tierras .....................................................................................190
4. Resistencia de paso a tierra ........................................................................................................204
5. Elementos a conectar a la puesta a tierra ...................................................................................204
6. Tensión de paso y tensión de contacto .......................................................................................205
7. Cálculo de la puesta a tierra ........................................................................................................206
8. Medición de la puesta a tierra......................................................................................................209
9. Emplazamiento y mantenimiento de las puestas a tierra............................................................211
10. Revisión de las tomas de tierra .................................................................................................213
CAPÍTULO IX. TRANSFORMADORES..........................................................................................215
1. Introducción .................................................................................................................................215
2. Consideraciones generales .........................................................................................................215
3. Principio de funcionamiento del transformador ideal...................................................................219
CAPÍTULO X. REGULACIÓN DE LA TENSIÓN EN LÍNEAS AÉREAS........................................241
1. Introducción .................................................................................................................................241
2. Cálculo de las condiciones eléctricas en una línea de energía eléctrica ....................................242
3. Cálculo aproximado de la caída de tensión en una línea corta...................................................250
4. Flujo de potencia en una línea eléctrica aérea............................................................................252
5. Regulación de la tensión en líneas eléctricas..............................................................................257
6. Cálculo de la potencia reactiva de compensación en paralelo....................................................263
7. Problema resuelto de regulación de la tensión en las líneas eléctricas......................................267
CAPÍTULO XI. LUMINOTÉCNICA..................................................................................................277
1. Introducción .................................................................................................................................277
2. La luz en el conjunto de los tipos de energía y su propagación..................................................277
3. Parámetros característicos de la luz............................................................................................278
4. Ondas electromagnéticas ............................................................................................................280
5. Espectro de frecuencias ..............................................................................................................282
6. F%Prólogo e índice
6. Naturaleza dual de la luz .............................................................................................................284
7. El ojo humano como órgano receptor de la luz ...........................................................................285
8. Principales magnitudes empleadas en luminotecnia...................................................................289
9. El color .........................................................................................................................................293
CAPÍTULO XII. CENTRALES ELÉCTRICAS CONVENCIONALES..............................................299
1. Tipos de centrales eléctricas .......................................................................................................299
2. Las centrales eléctricas en España.............................................................................................299
3. Las centrales hidroeléctricas .......................................................................................................301
4. Las centrales termoeléctricas clásicas ........................................................................................308
5. Las centrales nucleares...............................................................................................................312
CAPÍTULO XIII. TARIFAS ELÉCTRICAS ......................................................................................317
1. Introducción .................................................................................................................................317
2. Tarifas eléctricas. La factura eléctrica (BOE 30/12/98) ...............................................................317
3. Clasificación de las tarifas ...........................................................................................................318
4. Liberalización del sector eléctrico................................................................................................329
5. Comercialización de la energía eléctrica.....................................................................................331
6. Impuesto sobre la electricidad .....................................................................................................331
7. Bajada de tarifas ..........................................................................................................................332
8. Problemas resueltos sobre diversos tipos de tarifas ...................................................................332
CAPÍTULO XIV. DESPACHO ECONÓMICO..................................................................................339
1. Introducción al despacho económico ..........................................................................................339
2. Control de un sistema de potencia ..............................................................................................340
3. Funcionamiento económico de las centrales eléctricas ..............................................................342
4. Control automático de generación...............................................................................................344
5. Funcionamiento económico de los sistemas de potencia ...........................................................349
CAPÍTULO XV. PROBLEMAS DE LÍNEAS DE TRANSPORTE
DE ENERGÍA ELÉCTRICA.............................................................................................................373
ANEXOS..........................................................................................................................................423
Anexo 1: Constantes de magnitudes físicas, terrestres y cuánticas ...............................................423
Anexo 2: Resistividad (ρ), coeficiente de temperatura (α), punto de fusión (ºC)
y densidad (δ) de diversos materiales y aleaciones.........................................................424
Anexo 3: Coeficientes de resistividad de los aislantes....................................................................425
Anexo 4: Magnitudes y unidades magnéticas .................................................................................426
Anexo 5: Conductores eléctricos .....................................................................................................427
Anexo 6: Conductancia, autoinducción y susceptancia ..................................................................428
Anexo 7: Método de las constantes auxiliares ................................................................................430
Anexo 8: Fórmulas para el cálculo de líneas eléctricas ..................................................................431
Anexo 9: Resumen de fórmulas para líneas eléctricas ...................................................................433
7. F TECNOLOGÍA ELÉCTRICA
BIBLIOGRAFÍA
S Líneas y redes eléctricas. Protección de sistemas de potencia. Colección de Problemas. Mujal
Rosas, Ramón Mª. 2ª edición. UPC. ETSEIT (1998).
S Análisis de sistemas eléctricos de potencia. Stevenson, William D. 2ª edición. Mc.Graw-Hill.
(1992).
S Tarifas eléctricas. J Toledano. J Ortiz. McGraw-Hill. 1993.
S Protección de las instalaciones eléctricas. Muntanè, Paulino. 2ª edición. Marcombo. (1993).
S Líneas de transporte de energía eléctrica. Checa, Luís Mª. 3ª edición. Marcombo. (1988).
S Energías renovables. Progensa (1995).
S Líneas y redes eléctricas. Martínez Velasco J. 3ª edición. CPDA. ETSEIB. (1996).
S Sistemas polifásicos. González B. López E. Paraninfo. (1995).
S Centrales eléctricas. UNESA. Ed. Marca. (1998).
S Tecnología eléctrica. A. Castejon. G. Santamaria. McGraw-Hill (1993).
S La puesta a tierra de las instalaciones eléctricas. R. García Márquez. PRODUCTICA. (1991).
S Reglamento electrotécnico para baja tensión. Ministerio de Industria y Energía. (1998).
S Sistemas eléctricos de potencia. A. Nasar. McGraw-Hill. (1991).
S Arranque de motores mediante contactores. M. Lladonosa. Marcombo (1988).
S Instalaciones eléctricas de enlace y centros de transformación. A. Guerrero. McGraw-Hill. (1999).
S Teoría de circuitos. E. Ras. 4º Edición, Marcombo. (1988).