Transformadors i potència: augmentar l'eficiència

Aquí hi ha la cosa: l'electricitat perd energia a mesura que viatja a través dels cables. Els cables metàl·lics es resisteixen amb una cosa que s'anomena resistència - com la fricció. Imagineu-vos lliscar per una catifa amb els mitjons; aquest arrossegament converteix l'energia útil en calor malgastada. Si intenteu empènyer l'electricitat domèstica normal a llargues distàncies, en perdrieu la major part com a calor i els cables s'escalfarien perillosament.

Llavors, com ho solucionen les utilitats? Augmenten la "pressió" - que anomenem voltatge. Penseu en això com aigua en una canonada: una pressió més alta us permet empènyer la mateixa quantitat d'aigua molt més lluny amb menys esforç. És per això que les línies elèctriques porten electricitat a tensions ridículament altes per a llarg termini. Aleshores, just abans d'arribar a casa teva, els transformadors redueixen aquesta pressió a nivells segurs perquè la torradora no exploti.

Enviar electricitat des d'una central elèctrica llunyana al vostre barri no és senzill. A mesura que viatja, la resistència converteix gran part d'aquesta energia en calor. Si l'enviéssim a una tensió domèstica normal (al voltant de 120 volts), més del 90% de l'energia es perdria com a calor abans que s'apropés a la vostra ciutat.

La solució intel·ligent? Augmenteu el voltatge - de vegades fins a 115.000 volts o més - mentre baixeu el corrent. Com que la potència és bàsicament la tensió per la corrent, podeu lliurar la mateixa energia amb molt menys "flux". Menys corrent significa menys fricció contra els cables, de manera que es malgasta menys calor. Aquests grans senyals d'advertència d'"Alta tensió" a les torres de transmissió no són només per seguretat -, en realitat són una manera intel·ligent d'estalviar energia.

Per descomptat, no podeu llançar 115.000 volts directament a casa vostra. Aquí és on entren els transformadors. Actuen com a engranatges de bicicleta per a l'electricitat, canviant entre l'alta tensió/intensitat baixa per viatjar i la baixa tensió/intensitat més alta per a l'ús real - i ho fan sense peces mòbils.

Imatge pujant en bicicleta. Canvieu els engranatges per canviar la velocitat per obtenir més potència d'empenta. Els transformadors funcionen amb una idea similar, però en lloc de la velocitat i el parell, intercanvien el flux elèctric (amperes) per pressió (volts).

Tot es redueix al nombre de bucles de filferro a les dues bobines de l'interior. Més bucles al costat de sortida significa una tensió més alta (augment-). Menys bucles significa una tensió més baixa (baix-). Aquesta simple "relació d'engranatges" els permet canviar la tensió de manera eficient sense cap peça mecànica.

Aquí teniu aproximadament com funciona el viatge:

A la central elèctrica: els transformadors augmenta-augmenten la tensió per al viatge de llarg-distància.

A les grans subestacions: els grans transformadors el redueixen a nivells mitjans per a l'àrea local.

Als pals del barri o a les caixes verdes: els transformadors més petits el posen per última vegada als 120 o 240 volts segurs que necessita la vostra llar.

Sorprenentment, tot aquest procés malgasta molt poca energia. Els transformadors de distribució estan construïts per ser altament eficients.

Llavors, com salta l'energia d'una bobina a una altra quan els cables mai es toquen? Tot és gràcies a la llei d'inducció de Faraday.

Quan l'electricitat flueix per la primera bobina, crea un camp magnètic fort. Aquest camp magnètic invisible arriba a través de la bretxa i indueix un nou corrent a la segona bobina. Per assegurar-se que gairebé no es perdi l'energia, ambdues bobines s'emboliquen al voltant d'un nucli de ferro pesat que actua com una carretera per al magnetisme, guiant-lo directament d'un costat a l'altre.

Aquesta separació física també és un gran avantatge de seguretat. Si el llamp arriba a les línies elèctriques, la bretxa ajuda a evitar que aquest augment massiu fregui tot el que hi ha a casa.

Alguna vegada has notat aquest petit bloc pesat al cable del teu ordinador portàtil? Això és un mini transformador. L'electricitat domèstica a 120 volts encara és massa per a l'electrònica sensible, de manera que aquests "maons de potència" la redueixen encara més:

Presa de corrent: 120 volts

Portàtil: uns 19 volts

Smartphone: normalment 5 volts

A diferència dels grans dels pals (que sovint s'omplen d'oli-per refredar-se), aquests carregadors petits són de tipus-sec -, només utilitzen aire i aletes per mantenir-se frescos. És per això que s'escalfen quan estàs carregant una estona. Si escolteu amb atenció, fins i tot podreu sentir un lleuger brunzit. Aquestes són les parts metàl·liques internes que vibren dels camps magnètics canviants.

Aquests transformadors gegants als pals han de fer front a molta més calor. Estan plens d'oli especial i tenen aletes metàl·liques com el radiador d'un cotxe per ajudar a dissipar la calor. Els enginyers calculen acuradament quanta càrrega pot suportar cadascun perquè no s'escalfin, especialment els dies calorosos d'estiu quan tothom fa servir el seu AC.

Gràcies a tota aquesta enginyeria intel·ligent, els transformadors moderns poden assolir una eficiència del 98% o superior. Això vol dir que gairebé tota la potència que entra realment arriba als vostres punts de venda.

Al final, els transformadors són la raó per la qual podem moure l'electricitat de manera eficient a llargues distàncies sense malgastar grans quantitats d'energia. Quan Nikola Tesla va impulsar el corrent altern a la famosa "Guerra dels corrents", aquesta tecnologia va ser una gran part del motiu pel qual va guanyar.

Avui en dia, aquests dispositius silenciosos són encara més importants. En reduir la pèrdua d'energia, ajuden a reduir la nostra petjada de carboni i fan que les fonts d'energia renovables siguin més pràctiques.

La propera vegada que sortiu a passejar, proveu una mica de "detecció de transformadors". Busqueu els cilindres grisos sobre pals de fusta, les caixes verdes a terra o les grans subestacions tancades. Tots fan la mateixa feina en silenci - equilibrant voltatge i corrent perquè pugueu carregar el telèfon sense pensar-ho dues vegades.

És bastant al·lucinant-quan hi penses: un invent brillant del segle XIX-és encara el cor palpitant de la nostra xarxa elèctrica del segle XXI-.

Contacta ara