Nadie es más eficiente que el otro. La elección de la frecuencia varía de un país a otro. Europa y Asia en su mayoría tienen un sistema de 50Hz, mientras que Estados Unidos tiene un sistema de frecuencia de 60Hz. Convencionalmente, para transmitir energía entre dos sistemas eléctricos con red de CA, necesitamos que estén en la misma frecuencia. Para sistemas con diferente frecuencia de CA, el intercambio de energía puede tener lugar utilizando sistemas HVDC.
Sin embargo, veamos si la elección de la frecuencia tiene algo que ver con la eficiencia del sistema.
- La frecuencia de salida de la corriente / tensión de salida de un generador convencional se rige por la ecuación [math] f = PN / 120 [/ math]. Donde f es la frecuencia del sistema, P = número de polos y N es la velocidad en rpm en la que se gira el generador. A partir de esto, se entiende que un sistema con mayor frecuencia necesitará una mayor velocidad del generador.
- Ahora hay algo conocido como flujo magnético en el electromagnetismo. Un material ferromagnético (como el hierro / CRGO (acero orientado al grano laminado en frío) / CRNO (no orientado)) puede tolerar solo una cierta cantidad de flujo magnético por unidad de área de sección transversal. Más allá del valor (que se mide en wb / sq. M o Tesla y específico para un material) hay una saturación magnética que puede tener efectos drásticos. Para máquinas rotativas (como generadores) y máquinas estáticas (como transformadores) es aplicable el electromagnetismo. La ecuación de control en este caso es [math] V = 4.44f * phi * N. [/ Math] Donde, f es la frecuencia del sistema, phi flujo magnético y N es el número de vueltas en el devanado. Ahora, si la V (tensión del sistema) es constante, la frecuencia (f) y el flujo magnético (phi) tienen una característica inversamente proporcional. Cuanto más alta sea la frecuencia, más bajo será el flujo magnético. Para un flujo magnético inferior, se necesita un área de sección transversal más pequeña (el factor limitante aquí es la densidad de flujo magnético (B), donde B = phi / Área de sección transversal). Así, las máquinas de mayor frecuencia son más pequeñas. Por lo tanto, las máquinas de 60 Hz son más pequeñas que las máquinas de 50 Hz.
De la discusión anterior, los puntos a concluir son: 1. 60 Hz necesita una velocidad de rotación más alta para las máquinas de 50 Hz. Bueno, en cierto sentido, esto puede llevar a un desgaste ligeramente mayor. Sin embargo, con los lubricantes avanzados, el progreso en la ciencia de los materiales y las técnicas de mantenimiento no importa en absoluto.
2. Las máquinas de 60 Hz son más pequeñas que las máquinas de 50 Hz. Esta es una ventaja que tienen las máquinas de 60 Hz. Las máquinas se vuelven más ligeras a medida que aumenta la frecuencia. En caso de aeronave se utiliza el sistema de 400 Hz por este motivo.
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Hay algunos puntos más interesantes que te gustaría considerar:
- En el sistema de corriente alterna hay algo conocido como pérdida por corrientes de Foucault y pérdida por histéresis. Las pérdidas por corrientes de Foucault y las pérdidas por histéresis son proporcionales a la frecuencia al cuadrado y a la frecuencia respectivamente. Así que, técnicamente, las pérdidas aumentan con la frecuencia y el sistema de 60 Hz tiene una pérdida mayor que el sistema de 50 Hz. Nuevamente, estas pérdidas son mínimas porque puede limitarlas utilizando estampados de muy poco espesor. Lo que sucede en los transformadores u otras máquinas es que se acumulan muchos estampados para construirlo. Cada estampación está aislada eléctricamente entre sí. Esto se hace específicamente para reducir la pérdida de núcleo en las máquinas y se conoce como laminación del núcleo. Para entender el estampado, puede pensar en un pan entero (sin rebanadas) y un pan rebanado. Una rebanada del pan (núcleo de la máquina) se llama estampado. El pan rebanado (núcleo con estampados) es mejor.
- Una frecuencia más alta significa una mayor inductancia en la línea de transmisión. Esto puede suponer un desafío en las líneas de transmisión largas y puede necesitar una compensación capacitiva adicional para aumentar la capacidad de transferencia de potencia de la línea.
- Por otro lado, en el caso de una línea ligeramente cargada, el extremo receptor de la transmisión ve un voltaje más alto. Este problema debería ser más pronunciado en el sistema de 50 Hz que en el sistema de 60 Hz. Técnicamente hablando, el sistema de 50 Hz requerirá una compensación más inductiva (como un reactor de derivación) que 60 Hz.
Por lo tanto, el sistema de 50 Hz y el sistema de 60 Hz tienen su propia cuota de beneficios y carencias. Lo que quiero decir es que la generación actual, el sistema de transmisión y distribución son muy complejos. Hay un gran número de factores adicionales que entran en escena cuando intentas comparar dos sistemas en base a un único atributo diferenciador. Y sobre todo cuando el atributo elegido no varía mucho. Por lo tanto, como 50 Hz o 60 Hz no están muy lejos el uno del otro, es imposible determinar cuál será la mejor opción (aunque muy ligeramente en cualquier caso) en un escenario de electricidad complejo y en constante cambio.
Algunos otros escritores han dicho que el sistema de 60Hz usa un voltaje menor y es más seguro. Esto se debe a que algunos países que utilizan el sistema de 60 Hz han elegido una tensión de alimentación doméstica más baja por seguridad. Esto no es un beneficio de la frecuencia en sí. Se puede usar muy bien un voltaje menos doméstico (por ejemplo, 110 V en lugar de 240 V) con un sistema de 50 Hz también. El debate sobre el voltaje de suministro interno seguro y eficiente y las compensaciones involucradas es totalmente diferente.
Entonces, no, no hay mejor opción entre el sistema de 50 Hz y 60 Hz. Un país que use un determinado sistema continuará haciéndolo, ya que todos los estándares, diseños y área de equipos existentes son adecuados solo para esa frecuencia en particular. La frecuencia adoptada para un país es muy difícil de cambiar y, francamente, no es necesario. Mientras tanto, las transferencias de energía pueden continuar entre dos redes de frecuencia diferentes utilizando líneas HVDC (Corriente Directa de Alto Voltaje).