¿Los dispositivos en funcionamiento a un voltaje más alto con una corriente más baja reducen la pérdida, ya que sabemos que las pérdidas de energía son proporcionales a la resistencia y al cuadrado de la corriente?

Answer 1

Correr con un voltaje más alto no es garantía de una mejor eficiencia. Depende de la aplicación. Donde un voltaje más alto ayuda a la eficiencia es en la transmisión a larga distancia. Al utilizar la duplicación de voltaje como ejemplo, en una línea de alimentación entre ciudades que duplica el voltaje y reduce a la mitad la corriente puede reducir las pérdidas de la resistencia del cable en un factor de 4 si el tamaño del cable se mantiene constante. Esto también es cierto en el nivel del cableado de la casa donde una parte de 117V del mundo necesita un cableado más grueso que en una región de 230V para obtener la misma potencia para las estufas eléctricas y otros electrodomésticos potentes, o de lo contrario las pérdidas serán mayores. (Además, se necesitan cables más grandes solo para evitar el sobrecalentamiento mientras se suministra energía a un aparato que necesita mucha energía, como la estufa o una lavadora que calientan el agua eléctricamente).

En verdad la vida es más complicada. Creo que en las potencias típicas de las bombillas de filamento de tungsteno domésticas, las de 117V en realidad son un poco más eficientes y tienen una vida útil más larga que una para 230V a la misma potencia porque el cable de tungsteno delgado en la bombilla de 230V fallará más rápido a menos que funcione a una temperatura más baja. (La falla en tales bombillas es causada por la recristalización del cable más una cierta cantidad de pérdida por evaporación y estos efectos penetran un cable delgado más rápido a la misma temperatura). Una temperatura más baja extiende la vida útil pero reduce la salida de luz por vatio.

Un asunto importante son los costos generales. En el sistema de transmisión de larga distancia hay otros costos más allá de eso para el cobre. El aislamiento debe ser más generoso a altos voltajes y las distancias entre las partes del sistema a diferentes voltajes son diferentes. El costo del transformador también puede ser un factor. Además, si el voltaje aumenta, la corona se vuelve más importante.

La tarea de un ingeniero es optimizar las diversas “dimensiones” (donde incluyo voltaje y corriente y no solo dimensiones mecánicas) para obtener el mejor rendimiento por unidad de moneda.

Y finalmente, un contraejemplo! Cuando las computadoras domésticas eran nuevas, los voltajes eran en su mayoría de 5 voltios para las partes informáticas (ciertas computadoras profesionales ultrarrápidas usaban otra lógica con otras necesidades de voltaje). Hoy en día, las computadoras rápidas usan voltajes más bajos, menos de 2 voltios en muchos, si no en la mayoría de los casos. Una razón importante es que cada vez que un elemento informático fundamental llamado compuerta cambia su voltaje de salida de un estado al otro estado permitido, las bombas de compuerta se cargan en una pequeña capacitancia en partes de sí mismo y las otras partes de la computadora con las que se está comunicando en orden para hacer un cálculo La cantidad de carga trasladada a una capacitancia inevitable aumenta con el voltaje aproximadamente linealmente. La reducción del voltaje de operación reduce la energía necesaria para mover esa carga y, aunque la energía para un solo cambio de estado para una sola puerta es pequeña, cuando tiene millones o quizás miles de millones de estas puertas trabajando en su problema, la cantidad de calor que se eliminará es un problema grave y también se mejora el consumo de energía al ir a una operación de voltaje más bajo, no más alto. Sí, casi seguramente elevar el voltaje a un chip de computadora en particular aumentará el consumo de energía y, por lo tanto, la ineficiencia, la ingeniería adecuada para operar con un voltaje más bajo puede mejorar la eficiencia. La ingeniería consiste en hacer lo mejor posible con la realidad y los límites actuales de conocimiento y tecnología. Cuando las PC funcionaban con 5 voltios, no teníamos la tecnología para hacerlo tan bien como lo hacemos hoy, por lo que no es solo la resistencia al cuadrado actual la que cuenta cuando se decide un voltaje de funcionamiento óptimo. Hoy en día, los cables superconductores se están desarrollando para la distribución de energía y es probable que estén diseñados para voltajes más bajos y corrientes más altas, aunque se puede esperar que las pérdidas disminuyan.

Answer 2

P = I (al cuadrado) * R y también P = V * I donde I es la corriente en amperios.

En el caso de motores eléctricos donde la corriente de arranque puede ser tan alta como 700% de la corriente de funcionamiento normal, la primera ecuación señala un desafío serio cuando depende únicamente de aumentar la corriente a un motor para lograr la potencia de salida del motor deseada en kilovatios o caballos de fuerza .

Cuando aumenta la demanda actual, también hay un aumento en la energía térmica residual y una reducción correspondiente en la eficiencia de salida del motor eléctrico, aunque la mayor preocupación sería una posible condición de fuga térmica ya que la resistencia del devanado del motor aumenta rápidamente con el aumento de la temperatura del conductor. El aumento de la resistencia del devanado va en contra de lograr la potencia de salida del motor deseada debido a la pérdida de calor eléctrica.

La solución a estos problemas es avanzar a una clasificación de voltaje de motor más alta. Como ejemplo, los motores HP más bajos funcionarán bien de 480 a 575 VCA, pero en algún momento los ingenieros determinaron que sería mejor saltar a un diseño de motor de 4160 VCA. De repente, al mirar P = V * I, el movimiento hacia una clasificación “V” más alta comienza a mostrar signos de trabajar alrededor de los problemas I (al cuadrado) tanto para la corriente de arranque como para la corriente de funcionamiento normal.

En correspondencia con el aumento de la clasificación de voltios del motor está el BIL – Nivel de aislamiento básico … .. lo que significa que el aislamiento del devanado está reforzado a un nivel más alto para manejar el voltaje más alto. Son los voltios los que intentan perforar agujeros en el aislamiento del devanado perpendicular al flujo de corriente a través de los conductores del devanado. Y es, en su mayor parte, la corriente que causa mayores pérdidas eléctricas en forma de energía térmica.

Answer 3

¿Qué te hace pensar que un voltaje más alto dará “calor resistivo más bajo”? Ni siquiera estoy seguro de lo que quiere decir con ese término. Para una resistencia lineal normal, la resistencia es constante independientemente del voltaje. Muy pocos dispositivos tienen menos resistencia a voltajes más altos, de hecho, no puedo pensar en ninguno.

Answer 4

Siempre es mejor operar cualquier equipo eléctrico al voltaje para el que fue diseñado. Eso asegura el uso más eficiente de la energía de la electricidad.

Answer 5

Es solo para la distribución de energía donde se incurre en pérdidas en los cables que entregan la energía. De acuerdo con los tiempos de corriente al cuadrado R. En la transmisión de potencia, podemos cambiar fácilmente el voltaje proporcionalmente contra la corriente con los transformadores. Esto reduce las pérdidas de energía rápidamente sin afectar significativamente los costos de cableado.

En la mayoría de los circuitos, el aumento de voltaje en una carga fija aumentará el consumo de energía.

Answer 6

Sí, y no. Vea, una lámpara de 100W consumirá 100W sin importar el voltaje para el que esté diseñada. Supongamos que tenemos dos lámparas de 100W, una para 200V y otra para 400V. La lámpara de 200V consumirá 0.5A, mientras que la de 400V consumirá 0.25A. De manera práctica, ambos consumirán exactamente 100W. Pero el cableado de la lámpara de 200 V debe (en principio) duplicar el área de sección de la lámpara de 400 V, ya que conducirá una corriente doble. En este ejemplo, la lámpara de 400V usará menos cobre en los cables. Suponga que usa un cable “x” para la lámpara de 200V y un cable “y” para la lámpara de 400V, siendo “y” la mitad del área de sección del cable “x”, digamos “y” = 1 mm ^ 2 y “x ”= 2 mm ^ 2. Los cables presentarían una resistencia diferente para la corriente, y según R * I * I, terminarás con la misma disipación de calor en los cables. Si usa el mismo cable para la lámpara de 200V y 400V, obviamente, la lámpara de 400V disipará menos calor en los cables y ahorrará algo de energía. Pero si dobla la sección del cable “x” para la lámpara de 200V, también ahorrará energía, a costa de más cobre. En realidad, existe un equilibrio entre el grosor de los cables y el consumo de energía, calculado para el voltaje en el que se está trabajando.

Answer 7

Usando lámparas de 100 vatios como ejemplos. Uno que está diseñado para funcionar a 120 voltios y el otro a 240 voltios. El último tendrá el doble de resistencia y consumirá la mitad de la corriente en comparación con la lámpara de 120 voltios. La potencia consumida en ambos casos será de 100 vatios. Se daría cuenta de una mayor eficiencia en el cableado I ^ 2 R (potencia) pérdidas en el cableado que va a las lámparas. Las pérdidas de potencia y caída de voltaje se reducirían a la mitad utilizando el voltaje más alto.