¿Por qué la frecuencia estándar de suministro en la UE es de 50 Hz, pero de 60 Hz en EE. UU.? ¿Y por qué no se eligieron otras frecuencias superiores o inferiores?
La frecuencia del suministro de energía es uno de los parámetros críticos en los sistemas de energía eléctrica. Es esencial tener una frecuencia estándar en una región o país en particular para garantizar la compatibilidad de todos los equipos y aparatos eléctricos.
Las frecuencias de 50 Hz y 60 Hz para el suministro de energía son estándar porque han sido seleccionadas como las opciones más prácticas para los sistemas de energía CA. Hay varias razones por las que sólo se han elegido frecuencias de 50 Hz y 60 Hz para el suministro de energía, y por las que no se han seleccionado otras frecuencias superiores o inferiores.
Anteriormente, cuando la CA reemplazaba a la CC, los ingenieros encontraron la frecuencia adecuada para un sistema de energía típico entre 87 Hz y 133 Hz. Posteriormente bajaron la frecuencia debido a los armónicos generados por mayor frecuencia y efecto strop en las lámparas debido a frecuencias más bajas. Así, revelaron el rango más apropiado entre 50 Hz y 67 Hz.
Como las frecuencias no estaban fijadas en ese momento debido a la limitación e indisponibilidad de esa amplia gama de electrodomésticos y máquinas, la UE optó por 50 Hz en 1958 mientras que EE.UU. adoptó la frecuencia de 60 Hz para el sistema eléctrico. El resto del mundo optó por los estándares de la UE y los EE. UU. (por ejemplo, 50 Hz y 60 Hz).
La selección de la frecuencia estándar de 50 Hz o 60 Hz tiene una combinación de factores como razones históricas, técnicas y económicas para cada región debido a la configuración del sistema, la tecnología y la compatibilidad con una amplia gama de máquinas eléctricas. Entonces, veamos ahora por qué EE. UU. optó por 60 Hz y el Reino Unido y la UE seleccionaron 50 Hz de frecuencia de suministro.
Bueno saber:
- Westinghouse Electric de George Westinghouse es responsable de estandarizar la frecuencia de 60 Hz para los niveles de voltaje CA en EE. UU.
- Una empresa alemana, AEG, estandarizó la frecuencia de 50 Hz para 220 a 230 V y luego la adoptó en el Reino Unido y otros países IEC, incluida Europa.
Bueno saber: Un motor que tiene la misma potencia y funciona a 60 Hz funciona a mayor velocidad que el que funciona a 50 Hz. Por ejemplo, la velocidad de un motor de cuatro polos sería:
- Velocidad del motor cuando se opera a 60 Hz = 1770 RPM
- Velocidad del motor Cuando se opera a 50 Hz = 1470 RPM
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Selección de frecuencia de 60 Hz en EE. UU. y 50 Hz en la UE
EE. UU., incluidos los países de América del Norte, utiliza una frecuencia de suministro de energía estándar de 60 Hz, que es diferente de la frecuencia de 50 Hz utilizada en el Reino Unido, la UE y los siguientes países IEC. Veamos por qué EE. UU. eligió la frecuencia de 60 Hz y el Reino Unido y la UE optaron por 50 Hz como fuente de alimentación estándar y por qué no se seleccionaron otras frecuencias.
Razones históricas:
En los primeros días de la industria eléctrica estadounidense, había muchos estándares competitivos para la frecuencia del suministro de energía. Las primeras centrales eléctricas utilizaban generadores de corriente continua (CC), que no tenían una frecuencia fija. Sin embargo, el desarrollo de generadores de corriente alterna (CA) permitió estandarizar la frecuencia del suministro de energía.
Los primeros generadores de CA producían una frecuencia de 133 Hz, pero esta frecuencia era demasiado alta para la mayoría de los equipos y aparatos eléctricos. En 1891, la industria energética estadounidense se decidió por una frecuencia estándar de 60 Hz, que era inferior a 133 Hz pero superior a la frecuencia de 50 Hz adoptada más tarde por el Reino Unido y la UE.
La elección de la frecuencia de 50 Hz como fuente de alimentación estándar en el Reino Unido y la UE tiene razones históricas. El Reino Unido fue uno de los primeros países en establecer una red pública de suministro de electricidad y, a finales del siglo XIX, la frecuencia del suministro de electricidad variaba ampliamente entre las diferentes regiones. Posteriormente, el Reino Unido optó por una frecuencia de 50 Hz a principios del siglo XX.
De manera similar, en la UE, la frecuencia del suministro de energía variaba mucho entre los diferentes países y se necesitaba una frecuencia estándar para garantizar la compatibilidad de los equipos eléctricos. En 1958, la UE fijó una frecuencia estándar de 50 Hz.
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Razones técnicas:
La elección de una frecuencia de 60 Hz en EE. UU. y de 50 Hz en el Reino Unido y la UE se basó en parte en consideraciones técnicas. Los primeros generadores de CA utilizaban un diseño de armadura giratoria, que limitaba la velocidad a la que podía funcionar el generador. La frecuencia de la fuente de alimentación está directamente relacionada con la velocidad del generador, por lo que una frecuencia más baja requiere un generador más grande y pesado. Por otro lado, una frecuencia más alta requería un generador más pequeño y liviano.
En ese momento, 60 Hz se consideraba la frecuencia óptima para equilibrar el tamaño y el peso del generador con la potencia de salida requerida por la mayoría de los equipos y aparatos eléctricos. La frecuencia de 60 Hz también proporcionó un mejor rendimiento del motor, particularmente para los motores utilizados en la industria y el transporte. Por otro lado, las frecuencias de 50 Hz tienen sus propias ventajas (mencionadas a continuación) en comparación con la frecuencia de 60 Hz.
Razones económicas:
La elección de una frecuencia de 60 Hz en EE. UU. y de 50 Hz en la UE y el Reino Unido también estuvo influenciada por consideraciones económicas. La industria eléctrica estadounidense se estaba expandiendo rápidamente a principios del siglo XX y la estandarización de la frecuencia del suministro de energía facilitó la construcción de una red de transmisión a nivel nacional. Una frecuencia estándar también facilitó la interconexión de sistemas eléctricos, lo que mejoró la confiabilidad y redujo los costos.
Además, Estados Unidos, así como el Reino Unido y la UE tenían un mercado grande y en crecimiento para equipos y aparatos eléctricos, y una frecuencia estándar garantizaba la compatibilidad y reducía los costos para los fabricantes y consumidores.
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Generación y Transmisión de Energía:
La electricidad se genera mediante turbinas giratorias en las centrales eléctricas, que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Las turbinas funcionan con vapor o agua y la velocidad de las turbinas determina la frecuencia de la electricidad generada. En el Reino Unido y la UE, la frecuencia estándar es 50 Hz, lo que significa que las turbinas de las centrales eléctricas giran a 3000 RPM (revoluciones por minuto). Lo mismo ocurre con los sistemas de suministro de energía de frecuencia de 60 Hz de América del Norte.
Luego, la electricidad generada se transmite a los consumidores a través de una red de líneas de transmisión y transformadores. La frecuencia de la electricidad permanece constante en toda la red de transmisión. Cualquier variación en la frecuencia puede provocar inestabilidad en el sistema eléctrico, provocando cortes de energía y daños en los equipos eléctricos.
Compatibilidad de aparatos eléctricos:
La frecuencia del suministro eléctrico es crucial para garantizar la compatibilidad de los aparatos eléctricos. La mayoría de los equipos y aparatos eléctricos están diseñados para funcionar a una frecuencia específica. Utilizar una frecuencia distinta a la de diseño puede provocar un mal funcionamiento del equipo o incluso dañarlo.
Como fabricante importante, EE. UU., el Reino Unido y la UE tienen un vasto mercado de equipos y electrodomésticos, y la mayoría de estos productos están diseñados para funcionar a una frecuencia de 50 Hz y 60 Hz. Cambiar la frecuencia requeriría modificaciones importantes en el equipo existente, lo que sería costoso y poco práctico.
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Ventajas de la frecuencia de 60 Hz:
La frecuencia de 60 Hz proporciona varias ventajas en el sistema eléctrico estadounidense. En primer lugar, es compatible con la mayoría de máquinas, dispositivos, equipos y aparatos eléctricos utilizados en EE. UU. y América del Norte, lo que reduce los costos para fabricantes y consumidores. En segundo lugar, proporciona un mejor rendimiento del motor, particularmente para motores utilizados en la industria y el transporte. En tercer lugar, es más fácil sincronizar el suministro de energía entre diferentes regiones e interconectar los sistemas eléctricos.
Además, los 60 Hz de frecuencia tienen las siguientes ventajas adicionales.
- El tamaño de las máquinas eléctricas es menor.
- Mayor velocidad de máquinas eléctricas como motores, etc.
- Se necesita un conductor de tamaño pequeño a 60 Hz, 240 V en comparación con 50 Hz, 230 V CA.
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Ventajas de la frecuencia de 50 Hz:
La frecuencia de 50 Hz proporciona varias ventajas en el sistema eléctrico del Reino Unido y la UE sobre la frecuencia de 60 Hz, de la siguiente manera:
- Mayor factor de potencia.
- Mayor par en motores eléctricos.
- Mejor refrigeración de las máquinas eléctricas.
- Mayor vida útil de los rodamientos.
- Reducción de pérdidas de potencia constantes y variables.
- Necesita un tamaño pequeño de conductor
- Bajo nivel de ruido en las máquinas.
- Se necesita un aislamiento bajo
- La eficiencia general de las máquinas eléctricas es mayor.
Por último, 50 Hz es compatible con la mayoría de los equipos y aparatos eléctricos utilizados en el Reino Unido, la UE y otros países que siguen IEC.
Bueno saber: Un motor que tiene la misma potencia y funciona a 50 Hz ofrece un par un 20 % mayor que el que funciona a 60 Hz.
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