El origen de las frecuencias eléctricas ¿Por qué 50 y 60 Hz_

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noviembre 14, 2012

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El origen de las frecuencias eléctricas ¿Por qué 50y 60 Hz?Publicado por sectorelectricidadArtículos Técnicos, Distribución, Generación, Países, Transmisión

ANTIGÜEDAD ELÉCTRICA

Aunque en la actualidad pueda parecer que siempre ha existido una única frecuencia para el transporte dela energía eléctrica, en cada una de las dos principales zonas de influencia: 50 Hz para Europa y 60 Hzpara Estados Unidos, esto no ha sido así. Realizaremos un recorrido por la historia de las frecuencias quehan sido utilizadas.

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En 1891, los ingenieros de la empresa Westinghouse, en Pittsburgh, se pusieron de acuerdo ytomaron la decisión final de considerar a los 60 Hz como la frecuencia del futuro, y duranteese mismo año, los ingenieros de Allgemeine Elektrizitats Gesellschaft (AEG) en Berlínseleccionaron los 50 Hz.

Desde la toma de estas decisiones, estas frecuencias pasaron a ser las “frecuencias de transmisión de lacorriente alterna” normalizadas, de hecho esta decisión sigue afectándonos hoy en día. Aunque esto de lanormalización depende de cada país, uno de los casos más peculiares es el de Japón, cuando una personaviaja 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 pequeña reseña se va a intentar clarificar el por qué los ingenieros de Westinghouse y AEG no sepusieron de acuerdo en una única frecuencia y por qué eligieron cada uno un valor diferente.

Para conocer el origen de las decisiones que determinaron las frecuencias actuales hay que viajar hastafinales del siglo XIX, para ello es necesario revisar los documentos que permitan vislumbrar las trazas deestas decisiones y esto nos permitirá reseñar cronológicamente los hechos que llevaron a éstas.


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Desde el principio de los tiempos de la electricidad usada no como divertimento, sino como un métodoseguro de iluminar las casas, los paseos o como un método para la alimentación de motores eléctricos enlas fábricas y producir un movimiento mecánico que nos liberara de los costosos y poco eficientessistemas de transmisión mecánica: mediante ejes, bielas, poleas y engranajes que se estaban utilizando enaquellos años de la revolución industrial, las frecuencias utilizadas han cambiado desde los 40 y 53 Hz enEuropa y de los 133+1/3 y 125 Hz en EE.UU. a los 50 y 60 Hz respectivamente. No se va a reseñar elperiodo de transición entre la corriente continua, cuyos principales valedores fueron Edison y Kelvin y lacorriente alterna (1887), cuyo principal defensor fue Nikola Tesla, porque esta sí que fue una auténticaguerra, tanto tecnológica como económica y política.

De 1866 a 1890

Aunque hoy en día parezca increíble en aquellos años cada fabricante, Edison, Thomson-Houston,Westinghouse, Siemens, etc. generaban, producían y distribuían la energía eléctrica, además de fabricarlos motores y lámparas adecuadas a las características de ésta. Donde la electricidad no se desarrollócomo un todo y se intentó el uso individual de los diferentes inventos aislados unos de otros, apareció unatraso tecnológico importante: Inglaterra, Francia o España.

Como claro ejemplo de esta situación, en 1878, la Edison Machine Works construía dinamos, la EdisonTube Company fabricaba conductores, la Edison Lamp Works fabricaba lámparas incandescentes y laElectric lIuminating Company of New York generaba electricidad en a central de Pearl Street.


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Centrándose en la corriente alterna, en 1884 el Dr. Hopkinson demostró la posibilidad de transmisión decorriente alterna sobre distancias cortas, mientras que ese mismo año Gibbs y Gaulard presentaron lasegunda versión de su “generador secundario”, precursor del transformador, en la Exposición de Turín. Sehicieron ensayos de transporte entre Turín y Lanzio. La red primaria era de unos 40 km de longitud, unapotencia de 20 KW y una tensión de 2.000 Volt. En ese periodo, Max Deri, Otto Bláthy y KarlZipernowsky, viendo los defectos del “generador secundario” de Gibbs y Gaulard, lo mejoraron cerrandoel circuito magnético. El 16 de septiembre de 1884 se acabó de montar el transformador, por primera vezasí llamado, cuyas características eran: relación de transformación 120/72 v, potencia de 1.400 VA y 40Hz.

En 1886, la compañía Westinghouse compra las patentes de los transformadores diseñados por: Gibbs-Gaulard y el de Max Deri, Otto Bláthy y Karl Zipernowsky y con el empeño de Stanley desarrollan untransformador acorazado que utilizaron en su demostración de Great Barrington, que estuvo alimentadodesde un alternador del tipo de los fabricados por Siemens. Éste tenía 16 polos, trabajaba a 1.000 rpm y deaquí los 133+1/3 Hz

f = (p * n) / 120

Donde:

f = frecuencia en Hz

p = número de polos


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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 permitía frecuencias de 125 Hz.

Por esta razón se inicia en EE.UU. la era de la “alta frecuencia” en la generación y transmisión de laenergía eléctrica, Westinghouse 133+1/3, Thomson y Houston 125 Hz y Fort Wayne Jenny Electric 140Hz.

Realmente, en estos años, el principal uso de la electricidad era para la iluminación y tanto unas como lasotras frecuencias cumplían perfectamente con los requerimientos deseados de calidad. Con frecuenciasinferiores las lámparas 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 losfabricantes, el motor de inducción.

Los motores que se utilizaban para el desarrollo de potencias mecánicas que movían las herramientas delas máquinas se acoplaban directamente, motor eléctrico-máquina herramienta, si éstas máquinastrabajaban a unas 80 rpm, se requerían motores eléctricos de 200 polos alimentados a 133+1/3 Hz. Esteproblema, del elevado número de polos, no aparecía en Europa puesto que ya se trabajaba con 40 Hz, ypor lo tanto se requerían generadores de 60 polos.

En 1890, AEG Y Oerlikon utilizaron 40 Hz para su línea eléctrica trifásica de 175 km desde Frankfurt(receptores) a Laufen (producción) utilizando un alternador de 50V de tensión de fase, 32 polos cuyorotar giraba a 150 rpm, lo que nos da una frecuencia de 40 Hz. La transmisión se realizaba transformandoen el origen de 50 a 8.500V y en la ciudad de Frankfurt se reducía su tensión a 65V. Posteriormente sedieron cuenta de los problemas estroboscópicos, debidos a la baja frecuencia aplicada a las lámparas y ya


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en 1891 optaron por una frecuencia de 50 Hz, con lo que se solventaban ambos problemas. Diseño de losgeneradores para la alimentación de motores y de los sistemas de iluminación.

En 1890, los ingenieros de Westinghouse se dieron cuenta que trabajar a frecuencias sobre los 130 Hz lesestaba impidiendo el desarrollo de sus motores de inducción, demasiados polos en el estator de lamáquina. Analizando el problema, llegaron a la conclusión que 7.200 ciclos (p*n), y por lo tanto 60 Hz defrecuencia en la corriente eléctrica, era el valor óptimo para sus motores y el acoplamiento a las máquinasque se fabricaban en aquellos años.

Steinmetz justo antes de entrar a trabajar en la Thomson-Houston Company determinó que la aparición deproblemas de resonancia, con el material eléctrico que había adquirido Hartford Electric, era debida a losarmónicos de la señal de 125 Hz con la que suministraban la corriente. La forma de solucionarlo fuereducir ésta a 62,5 Hz. Por el contrario General Electric siguió utilizando los 50 Hz que utilizaba su sociaeuropea AEG. En 1894, General Electric se dio cuenta que estaba perdiendo ventas dentro del mercado lacorriente alterna y cambió drásticamente a 60 Hz.

Pero no todo era unanimidad, respecto de los 60 Hz, uno de los mayores proyectos para la generación deenergía eléctrica de la época, el de las cataratas del Niágara, en 1892, para suministrar energía a la ciudadde Chicago se decantó por la utilización de un alternador bifásico de 12 polos, cuyo rotar giraba a 250rpm, lo que nos da una frecuencia de 25 Hz, siendo Westinghouse la compañía que desarrolló el proyecto.Asimismo otros fabricantes de generadores de aquellos tiempos construían alternadores de 8.000 ciclos, loque nos da una frecuencia de 66+2/3 Hz.


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De 1925 hasta la actualidad

Aunque pueda parecer que desde 1921 todos los sistemas eléctricos en EE.UU. utilizaban los 60 Hz, estono fue así. El proceso de transformación hacia la frecuencia estándar duró prácticamente hasta 1948. Porejemplo las instalaciones de Mili Creek no se modificaron hasta la finalización de la segunda guerramundial.

En Inglaterra aún fue peor desde la redacción de Electric Light Act, en la que se obligaba que todo elmaterial eléctrico que se fabricase debía de poder ser utilizado por cualquier persona o empresa, llevó aque el transformador desarrollado por Gibbs y Gaulard no pudiese ser utilizado en Inglaterra (una de lascausas de su retraso tecnológico) pero sí en EE.UU. o Alemania.

Un caso extremadamente peculiar lo tenemos en Japón. El departamento de Yokohama envió a EE.UU.unos ingenieros para que estudiaran las diferentes tecnologías que sobre el tema eléctrico había en esemomento, 1889. Cuando volvieron a Japón habían sido convencidos de las bondades de la “altafrecuencia” y compraron e instalaron un alternador de Stanley-Kelly-Chesney (SKC) el cual trabajaba a133+1/3 Hz, en Keage Canal. En 1895 AEG vendió un alternador de 50 Hz a una compañía de Tokyo.

Recordemos que Stanley de la SKC se trasladó a General Electric, y fue cuando determinó que 133+1/3era una frecuencia demasiado grande para los motores eléctricos de corriente alterna, y cambiaron laproducción de sus alternadores para que generaran corriente eléctrica a 60 Hz. Cuando una compañía dela ciudad de Osaka compró un alternador AGE, ésta los fabricaba para generar corrientes de 60 Hz y aquí


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empezó la división de las frecuencias en Japón hasta la actualidad: en el este 50 Hz y en el oeste 60 Hz.

Resumen

Realmente, la determinación de la frecuencia más conveniente vino debida a la necesidad de ir superandolos problemas tecnológicos que iban apareciendo en la expansión de la energía eléctrica por todo elmundo.

Así, en los primeros años la energía eléctrica se utilizaba casi exclusivamente para la iluminación pública,hoteles, bancos y casas de personas más bien pudientes y para evitar los efectos estroboscópicos lasfrecuencias utilizadas eran altas.

Cando se introdujo la energía eléctrica dentro de los procesos fabriles y el consumo de la energía debía deir destinado, no solo a iluminación, sino a potencia se redujo la frecuencia de ésta hasta los valoresactuales.

El por qué de 50 Hz en Europa y de 60 Hz en EE.UU. vino debido única y exclusivamente determinado dela posición de preponderancia de AEG en Europa y de GE en EE.UU., cuyos ingenieros se decantaron ensu momento por una u otra.


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Fuente: Articulo “El origen de los 50-60 Hz en la transmisión de la energía eléctrica”. Escrito porEduardo Aznar Colino y Joaquín Royo García, y publicado en la revista Técnica Industrial 242(Septiembre de 2001). Vía afinidadelectrica.com.ar


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6 Comentarios Publica un comentario

marcos pacheconov 14 2012

Muy interesante el futuro sera todo en DC

Responder

1.

Juan Suyo Palomino2.


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nov 17 2012

En la interconexiòn eléctrica entre Perù (60Hz) y Bolivia (50Hz), estuve atento, a que pasarìa conlos artefactos eléctricos y motores eléctricos y no tanto con la iluminaciòn; efectivamente no senotaba la diferencia.Antes de la puesta en servicio, me habìan comentado, que las licuadoras, motores y equipos demúsica giraràn más lento en Perú, produciendo un calentamiento en caso se use demasiado laenergìa en 50Hz.Hasta ahora no se nota la diferencia de frecuencias.Pero cuando calculabamos matemáticamente la diferencia era notable, y eso es lo que mepreocupaba quizá antes de la prueba.

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Carlos Castillodic 19 2012

Muy interesante el articulo. En Arequipa se usaba 50 ciclos, por lo que las grabadoras de cinta norespondian bien, si se grababa en Arequipa y se escuchaba en otro lugar.con 60 ciclos y viceversa.(eso ya se superó, ya que ya no se usa esos artefactos).Otro: por que en USA se tiene 110V y nosotros 220v??

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Pedroene 11 2013

Saludos,Cuando estas en frecuencia de 50 hz el voltage que tendras as sera 240v de linea a neutralpero Cuando estas a 60 hz el voltage que tendras sera 120v de linea neutral pero a su vez delinea a linea tendras 240v. En un sistemas monofasico…

Responder

victor gabriel merladett guedesene 29 2013

una heladera electrica de 60 ciclos, se puede conectar a una linea de 50 ciclos, sin queaparezcan problemas, en el motor.

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3.

Enrique Quispejun 23 2013

Excelente articulo, sobre la historia de las frecuencias industriales.

Responder

4.

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