La ingeniería energética , también llamada ingeniería de sistemas de energía , es un subcampo de la ingeniería eléctrica que se ocupa de la generación, transmisión, distribución y utilización de energía eléctrica , y de los aparatos eléctricos conectados a dichos sistemas. Aunque gran parte del campo se ocupa de los problemas de la energía CA trifásica (el estándar para la transmisión y distribución de energía a gran escala en todo el mundo moderno), una fracción significativa del campo se ocupa de la conversión entre energía CA y CC y la desarrollo de sistemas de energía especializados, como los utilizados en aviones o para redes de ferrocarriles eléctricos. La ingeniería energética obtiene la mayor parte de su base teórica de la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica .
La electricidad se convirtió en un tema de interés científico a finales del siglo XVII. Durante los dos siglos siguientes se hicieron varios descubrimientos importantes, entre ellos la bombilla incandescente y la pila voltaica . [1] [2] Probablemente el mayor descubrimiento con respecto a la ingeniería energética provino de Michael Faraday , quien en 1831 descubrió que un cambio en el flujo magnético induce una fuerza electromotriz en un bucle de alambre, un principio conocido como inducción electromagnética que ayuda a explicar cómo funcionan los generadores. y transformadores funcionan. [3]
En 1881, dos electricistas construyeron la primera central eléctrica del mundo en Godalming , Inglaterra. La estación empleó dos ruedas hidráulicas para producir una corriente alterna que se utilizó para alimentar siete lámparas de arco Siemens de 250 voltios y treinta y cuatro lámparas incandescentes de 40 voltios. [4] Sin embargo, el suministro era intermitente y en 1882 Thomas Edison y su compañía, The Edison Electric Light Company, desarrollaron la primera central eléctrica alimentada por vapor en Pearl Street en la ciudad de Nueva York. La estación de Pearl Street constaba de varios generadores e inicialmente alimentaba unas 3.000 lámparas para 59 clientes. [5] [6] La central eléctrica utilizaba corriente continua y funcionaba con un solo voltaje. Dado que la energía de corriente continua no se podía transformar fácilmente a los voltajes más altos necesarios para minimizar la pérdida de energía durante la transmisión, la distancia posible entre los generadores y la carga se limitó a alrededor de media milla (800 m). [7]
Ese mismo año en Londres, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs demostraron el primer transformador adecuado para su uso en un sistema de energía real. El valor práctico del transformador de Gaulard y Gibbs quedó demostrado en 1884 en Turín , donde el transformador se utilizó para iluminar cuarenta kilómetros (25 millas) de vías férreas con un único generador de corriente alterna . [8] A pesar del éxito del sistema, la pareja cometió algunos errores fundamentales. Quizás el más grave fue conectar los primarios de los transformadores en serie de modo que encender o apagar una lámpara afectara a otras lámparas más adelante en la línea. Después de la demostración, George Westinghouse , un empresario estadounidense, importó varios transformadores junto con un generador Siemens y puso a sus ingenieros a experimentar con ellos con la esperanza de mejorarlos para su uso en un sistema de energía comercial.
Uno de los ingenieros de Westinghouse, William Stanley , reconoció el problema de conectar transformadores en serie en lugar de en paralelo y también se dio cuenta de que convertir el núcleo de hierro de un transformador en un bucle completamente cerrado mejoraría la regulación de voltaje del devanado secundario. Utilizando este conocimiento, construyó el primer sistema de energía de corriente alterna basado en transformador práctico del mundo en Great Barrington, Massachusetts en 1886. [9] [10] En 1885, el físico e ingeniero eléctrico italiano Galileo Ferraris demostró un motor de inducción y en 1887 y 1888 el serbio -El ingeniero estadounidense Nikola Tesla presentó una serie de patentes relacionadas con sistemas de energía, incluida una para un práctico motor de inducción bifásico [11] [12] que Westinghouse obtuvo para su sistema de CA.
En 1890, la industria energética había florecido y las compañías eléctricas habían construido miles de sistemas de energía (tanto de corriente continua como alterna) en los Estados Unidos y Europa; estas redes se dedicaban efectivamente a proporcionar iluminación eléctrica. Durante esta época surgió una feroz rivalidad en Estados Unidos conocida como la " guerra de las corrientes " entre Edison y Westinghouse sobre qué forma de transmisión (corriente continua o alterna) era superior. En 1891, Westinghouse instaló el primer sistema de energía importante diseñado para impulsar un motor eléctrico y no solo para proporcionar iluminación eléctrica. La instalación accionaba un motor síncrono de 100 caballos de fuerza (75 kW) en Telluride, Colorado , y el motor arrancaba mediante un motor de inducción Tesla. [13] Al otro lado del Atlántico, Oskar von Miller construyó una línea de transmisión trifásica de 20 kV y 176 km desde Lauffen am Neckar hasta Frankfurt am Main para la Exposición de Ingeniería Eléctrica de Frankfurt. [14] En 1895, después de un prolongado proceso de toma de decisiones, la estación generadora Adams No. 1 en las Cataratas del Niágara comenzó a transmitir energía de corriente alterna trifásica a Buffalo a 11 kV. Tras la finalización del proyecto de las Cataratas del Niágara, los nuevos sistemas de energía eligieron cada vez más la corriente alterna en lugar de la corriente continua para la transmisión eléctrica. [15]
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La generación de electricidad se consideró especialmente importante tras la toma del poder por los bolcheviques . Lenin afirmó que "el comunismo es el poder soviético más la electrificación de todo el país". [16] Posteriormente apareció en muchos carteles, sellos, etc. soviéticos que presentaban esta visión. El plan GOELRO se inició en 1920 como el primer experimento bolchevique de planificación industrial y en el que Lenin participó personalmente. Gleb Krzhizhanovsky fue otra figura clave involucrada, ya que participó en la construcción de una central eléctrica en Moscú en 1910. También conocía a Lenin desde 1897, cuando ambos estaban en el capítulo de San Petersburgo de la Unión de Lucha por la Liberación del Clase obrera .
En 1936, se construyó la primera línea comercial de corriente continua de alto voltaje (HVDC) que utilizaba válvulas de arco de mercurio entre Schenectady y Mechanicville, Nueva York . Anteriormente, HVDC se había logrado instalando generadores de corriente continua en serie (un sistema conocido como sistema Thury ), aunque esto sufría serios problemas de confiabilidad. [17] En 1957, Siemens demostró el primer rectificador de estado sólido (los rectificadores de estado sólido son ahora el estándar para los sistemas HVDC), sin embargo, no fue hasta principios de la década de 1970 que esta tecnología se utilizó en sistemas de energía comerciales. [18] En 1959, Westinghouse demostró el primer disyuntor que utilizaba SF 6 como medio de interrupción. [19] El SF 6 es un dieléctrico muy superior al aire y, en los últimos tiempos, su uso se ha ampliado para producir equipos de conmutación (conocidos como aparamenta ) y transformadores mucho más compactos . [20] [21] Muchos avances importantes también surgieron de la extensión de las innovaciones en el campo de las TIC al campo de la ingeniería energética. Por ejemplo, el desarrollo de las computadoras significó que los estudios de flujo de carga pudieran ejecutarse de manera más eficiente, lo que permitió una planificación mucho mejor de los sistemas de energía. Los avances en la tecnología de la información y las telecomunicaciones también permitieron un control remoto mucho mejor de los interruptores y generadores del sistema eléctrico.
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Power Engineering se ocupa de la generación , transmisión , distribución y utilización de electricidad , así como del diseño de una gama de dispositivos relacionados. Estos incluyen transformadores , generadores eléctricos , motores eléctricos y electrónica de potencia .
Los ingenieros de energía también pueden trabajar en sistemas que no están conectados a la red. Estos sistemas se denominan sistemas de energía fuera de la red y pueden usarse con preferencia a los sistemas conectados a la red por diversas razones. Por ejemplo, en ubicaciones remotas puede resultar más barato para una mina generar su propia energía en lugar de pagar por la conexión a la red y, en la mayoría de las aplicaciones móviles, la conexión a la red simplemente no es práctica.
La generación de electricidad cubre la selección, diseño y construcción de instalaciones que convierten la energía de formas primarias en energía eléctrica.
La transmisión de energía eléctrica requiere la ingeniería de líneas de transmisión de alto voltaje e instalaciones de subestaciones para interactuar con los sistemas de generación y distribución. Los sistemas de corriente continua de alto voltaje son uno de los elementos de una red eléctrica.
La ingeniería de distribución de energía eléctrica abarca aquellos elementos de un sistema de energía desde una subestación hasta el cliente final.
La protección del sistema de energía es el estudio de las formas en que un sistema de energía eléctrica puede fallar y los métodos para detectar y mitigar dichas fallas.
En la mayoría de los proyectos, un ingeniero energético debe coordinarse con muchas otras disciplinas, como ingenieros civiles y mecánicos, expertos ambientales y personal legal y financiero. Los proyectos importantes de sistemas de energía, como una gran central generadora, pueden requerir decenas de profesionales del diseño además de los ingenieros de sistemas de energía. En la mayoría de los niveles de la práctica profesional de ingeniería de sistemas de energía, el ingeniero requerirá tantas habilidades administrativas y organizativas como conocimientos de ingeniería eléctrica.
Tanto en el Reino Unido como en los Estados Unidos, existían desde hacía mucho tiempo sociedades profesionales para ingenieros civiles y mecánicos. La Institución de Ingenieros Eléctricos (IEE) se fundó en el Reino Unido en 1871 y la AIEE en los Estados Unidos en 1884. Estas sociedades contribuyeron al intercambio de conocimientos eléctricos y al desarrollo de la educación en ingeniería eléctrica. A nivel internacional, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), fundada en 1906, prepara normas para la ingeniería energética, con 20.000 expertos electrotécnicos de 172 países desarrollando especificaciones globales basadas en consenso.
El comunismo es el poder soviético más la electrificación de todo el país, ya que sin electrificación no se puede desarrollar la industria.
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