Este documento discute las ventajas y desventajas de las frecuencias de 50 Hz y 60 Hz en sistemas eléctricos. Explica que una frecuencia más alta permite motores más eficientes que giran más rápido y producen más potencia. También describe las diferencias en los sistemas de distribución eléctrica en Europa (50 Hz) y Estados Unidos (60 Hz).

1. 19denoviembrede2013
19 de noviembre de 2013 [INTRODUCCIÓN A SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA]
FRECUENCIA INDUSTRIAL, VENTAJAS Y DESVENTAJAS
DE 50 HZ Y 60 HZ
La tensión secundaria, baja tensión, que se utiliza en distribución,usada en nuestro
ambiente es 220 - 380 V, 220 V fase neutro, 380 Vtrifásico (entre líneas) recordemos que
nuestra frecuencia es 50 Hz.Esta tensión era la normal en Europa continental, mientras
que en GranBretaña la tensión normal era 240 - 420 V, hace ya algunos años en
unesfuerzo de unificación se normalizo a nivel europeo 230 - 400 V.En el pasado también
se distribuyó energía con un sistema en triángulo220 V con una fase a tierra.En los países
de 60 Hz, frecuentemente la distribución (parailuminación y cargas pequeñas) es
monofásica 2 * 120 V, 2 * 240 V, ladistribución de fuerza motriz es 3 * 240 V, o 3 * 480 V y
también seencuentran otras combinaciones.Para poder distribuir energía monofásica y
trifásica en estos últimossistemas una de las ramas del triángulo 3 * 480 V tiene punto
medio(neutro), con lo que se tiene una distribución con 4 hilos, pero contenciones
compuestas el doble de la tensión simple (fase neutro),mientras que en los sistemas Y la
tensión compuesta es raíz(3) veces la simple.
La práctica actual de diseño.
La red de baja tensión se construye con distintas técnicas, difundidasen distintas áreas
del mundo (digamos en distintas zonas de influenciatecnológica).Podemos hablar de una
técnica Americana (característica de los 60 Hz)con distribución en media tensión (5 a 10
kV) con muchostransformadores chicos (5 a 50 kVA), y con líneas de baja tensión deradio
de acción muy corto. Esta red es naturalmente económica con cargas dispersas, baja
densidad, y permite realizar la distribucióncon transformadores monofásicos y solo
trifásicos dondeindispensables.O una técnica Europea (característica de los 50 Hz) con
distribuciónen media tensión de mayor valor (10 a 20 kV) con transformadores demayor
potencia (100 a 500 kVA) líneas de baja tensión con radio de acción grande. Esta solución
es buena con altas densidades de carga, yen ella se usan casi exclusivamente
transformadores trifásicos. Con bajas densidades de carga la red de baja tensión es radial
pura, cadalínea alcanza pocos usuarios

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19 de noviembre de 2013 [INTRODUCCIÓN A SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA]
Con mayores densidades, toma apariencia
de red mallada, pensamos enlíneas
principales y derivadas, que llegan desde el
punto de inyecciónde potencia (el
transformador) a todos los usuarios.Esta
red tiene notable relación con la geografía
del área servida, si se trata de manzanas
cuadradas, observamos que las líneas
recorren lascalles, que se cruzan y se unen
en las esquina.
1. ¿CUALES SON LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE
50 y 60 HZ EN EL SISTEMA ELECTRICO?
La frecuencia de la red se eligió a finales del siglo XIX, cuando se implantó
la distribución de corriente alterna trifásica, de acuerdo con las características de
los materiales magnéticos de entonces, que mejoraron mucho posteriormente.
Baste para ello considerar, que en los aviones se utiliza una frecuencia de 400 Hz.
Todo hace pensar que la frecuencia que se elegiría en la actualidad, sería
sustancialmente más elevada, con lo que se ganaría en volumen, peso y coste de
los aparatos electromagnéticos.
En la actualidad en que la Electrónica ha inundado todos los aspectos de la
Electricidad, se vuelve a considerar el empleo de la corriente continua, al contrario
de la resolución de la célebre polémica entre Edison y Tesla abogando éste último
por la alterna y ganándola, gracias a la facilidad de la corriente alterna de cambiar
los parámetros de tensión y corriente, que hizo posible la transmisión de la energía
eléctrica a grandes distancias.
No es que se piense en llevar a los puntos de consumo corriente continua, no, lo
que se considera y se lleva ya a cabo en algunos sitios, es la transmisión a

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distancia de corriente continua, gracias a los rectificadores y convertidores
capaces de manejar altas tensiones y potencias, con elevados rendimientos.
Con el empleo de corriente continua se evitarían una parte de las pérdidas de
transmisión, y sobre todo la pesadilla del Factor de Potencia.
Por el contrario la corriente alterna trifásica sigue siendo imprescindible para
accionar los motores de inducción trifásicos, que son los más sencillos robustos Y
baratos.
Lo que parece que se va implantar en un futuro de forma general, será generación
de corriente alterna, rectificación de alta tensión, transporte en continua, y
ondulación trifásica de baja tensión.
2. LA CORRIETE DE 50 Y 60 HZ:
Los aparatos que simplemente calientan algo, hornillos, planchas e incluso las
bombillas funcionan igual.
No obstante los aparatos que incluyen transformadores eléctricos diseñados para
50 Hz funcionan perfectamente a una frecuencia superior. Es más trabajarán más
descansados.
Por el contrario, al revés los diseñados para 60 Hz conectados a 50 Hz se
recalentarán y acabarán por quemarse. Esto incluye también aparatos que llevan
motores asincrónicos que aparte de que verán variada su velocidad m porque
depende de la frecuencia, se recalentaran y posiblemente se quemarán con el
paso de 60 a 50, como por ejemplo un refrigerador, pero no al revés.

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En la actualidad existen muchos aparatos que admiten ambas frecuencias y lo que
es más difícil de conseguir un margen amplio de tensiones que abara desde
menos de 110 Voltios a más de 220 V.
Se llaman Universales y equipan aparatos de relativo bajo consumo;
Orednadores portátiles, sintonizadores de TDT, reproductores de DVD,
cargadores para teléfonos móviles, etc.
o La corriente normal tiene una frecuencia de 50 o 60Hz. 50 HZ = 50 ciclos
por segundo.
Alta frecuencia, en nuestro caso, tiene un máximo de 440 Hz = 440 ciclos
por segundo.
Alta frecuencia, usada por algunos de nuestros competidores 1000 Hz =
1000 ciclos por segundo.
En el grafico superior se representa el voltaje en un eje y el tiempo en el otro.
Si hay 50 ondas por segundo, la frecuencia es de 50 Hz.
Si hay 440 ondas por segundo, la frecuencia es de 440 Hz.
Si hay1000 ondas por segundo, la frecuencia es de 1000 Hz.
Debajo mostramos una representación visual de una corriente alterna trifásica.
3. ¿POR QUE USAR UNA MAYOR FRECUENCIA DE 50
HZ?
La razón por la que queremos usar una mayor frecuencia que los 50 Hz es porque
queremos que los motores giren a mayor velocidad que los motores estándar.
Mayor Frecuencia (Hz) = Mayor Velocidad (rpm) = Mayor Potencia (kW)
Un motor eléctrico asincrónico trifásico de un determinado tamaño puede producir
una mayor potencia de salida si su velocidad de rotación se aumenta. Para

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conseguir que el motor gire más rápidamente, el campo magnético debe también
girar más rápidamente y esto se consigue incrementando la frecuencia de la
corriente.
La mayoría de los motores asincrónicos trifásicos se parecen en el interior de su
carcasa. Aquí debajo mostramos la imagen de un estator y un rotor de alta
frecuencia. En la foto pueden apreciar que la parte final del rotor es de cobre. Este
tipo de rotor es de fabricación manual y se llama“coppersquirrelcagetype rotor”.
Este tipo de rotor es un 30 – 35% más eficiente que los convencionales.
Un motor eléctrico puede producir un cierto par de potencia a una velocidad y esto
depende principalmente del número de polos del motor y de la frecuencia con la
que gira. En nuestro caso usamos un motor de 4-polos.
Si el par de un motor se mantiene constante, la potencia se verá incrementada
proporcionalmente al incremento de la frecuencia. Si doblamos la frecuencia, la
velocidad del motor se verá aumentada al doble y con un par constante, la
potencia se verá incrementada al doble.
La potencia es proporcional a la velocidad:
P = M x n
9550
P = potencia en kW
M = Par en Nm
n = velocidad de rotación en revoluciones por minuto.
9550 = constante
Ejemplo para un sistema de 50 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de rotación
del motor es n = 1.450 rpm:
P = 11 Nm x 1450 rpm = 1.67 kW
9550
Ejemplo para un sistema de 440 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de
rotación del motor es n = 13.000 rpm:
P = 11 Nm x 13000 rpm = 15 kW
9550

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Ejemplo para un sistema de 1000 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de
rotación del motor es n = 29.000 rpm:
P = 11 Nm x 29000 rpm = 33.4 kW
9550