La recreación bidimensional del flujo eléctrico, clave para favorecer una gestión más eficiente y segura de la energía

Herramientas matemáticas de última generación han permitido a investigadores de la Universidad de Almería y de la USC recrear, de manera bidimensional, el modo en el que fluye la energía eléctrica alrededor de los cables que la conducen y confinada entre los canales que estos forman. El resultado es un método teórico pionero que explica de manera sencilla y pedagógica las particularidades del flujo de energía en situaciones de todo tipo, lo que supone un paso más hacia una gestión eficiente y segura de la energía. De este modo se pretende mejorar el estudio de la pérdida de energía en las líneas de transporte y distribución eléctrica, así como su vulnerabilidad ante interrupciones y fallos.


Almería |
08 de febrero de 2023

Herramientas matemáticas de última generación permitieron que investigadores de la Universidad de Almería y de la USC recrearán, de manera bidimensional, el modo en el que fluye la energía eléctrica alrededor de los cables que la conducen y confinada entre los canales que estos forman. El resultado es un método teórico pionero que explica de manera sencilla y pedagógica las particularidades del flujo de energía en situaciones de todo tipo, lo que supone un paso más hacia una gestión eficiente y segura de la energía. De este modo se pretende mejorar el estudio de la pérdida de energía en las líneas de transporte y distribución eléctrica, así como su vulnerabilidad ante interrupciones y fallos.

Torre de alto voltaje

Torre de alto voltaje.

Los investigadores del área de Electromagnetismo de la USC, pertenecientes al Instituto de Materiales de la institución compostelana (iMATUS), Jorge Mira Pérez e Xabier Prado, firman el artigo titulado ‘New mathematical model based on geometric algebra for physical power flow in theoretical two-dimensional multi-phase power circuits’ junto a Francisco Gil Montoya, Francisco M. Arrabal-Campos y Alfredo Alcayde del departamento de Ingeniería de la Universidad de Almería. La investigación acaba de publicarse en la revista Scientific Reports.

La recreación obtenida por el equipo investigador muestra un sistema bidimensional de transmisión de potencia eléctrica desde los generadores hasta los usuarios a lo largo de varias líneas de transmisión. La corriente descrita puede ser continua o alterna, con una o múltiples frecuencias, y sin límites en el número de cables de transmisión con sus correspondientes fases, abarcando de este modo el escenario más amplio posible de transmisión de la energía electromagnética.

“La metodología desarrollada en el trabajo permite estudiar los flujos de potencia en sistemas de transmisión y distribución eléctricos de una forma simplificada que no es posible realizar en sistemas tridimensionales del mundo real. Gracias a eso, se puede entender mejor como se distribuyen en el espacio y, por tanto, favorecer una gestión más eficiente de la energía”, apuntan desde el equipo investigador.

En un contexto tridimensional, la potencia se transmitiría a lo largo de todo el espacio de una forma compleja que no se puede simplificar en elementos aislados y separables (canales). Al reducir el sistema a dos dimensiones, la energía se ve confinada en los canales existentes entre cada par de líneas, que actúan a modo de barreras que guían la potencia eléctrica. De esta forma, es posible entender su comportamiento de forma análoga a lo que sucede con un fluido que se propaga por varios canales separados, enfocando el análisis en el comportamiento de este fluido en cada canal. Esta recreación pionera se logró gracias al uso del álgebra geométrica, garantizadora de la aplicabilidad de los resultados en diferentes dimensiones.

Retos de futuro

“La transmisión de energía eléctrica es esencial para el funcionamiento de nuestra sociedad moderna, pero también presenta retos y problemas aún no resueltos. Entender como fluye la potencia en las líneas y sistemas eléctricos es crucial para garantizar una alimentación eléctrica segura y fiable”, señalan desde el equipo investigador. Con todo, la realidad física del proceso desafía la intuición humana a este respecto. Las ecuaciones que describen los procesos eléctricos y magnéticos muestran que la potencia eléctrica fluye por el exterior de los cables (y no por su interior), siendo dichos cables unas meras guías de ondas que «conducen» la potencia desde los centros generadores hasta los usuarios finales. “Entender y cuantificar este fenómeno no es sencillo para las geometrías del mundo tridimensional en el que vivimos debido a la complejidad de las ecuaciones a resolver”, relatan los investigadores.

Para resolver la complejidad asociada al estudio del flujo de energía eléctrica en sistemas con muchos cables, se partió de un estudio previo de los investigadores de la USC en el que pusieron a punto una herramienta matemática que permite el análisis de las leyes del electromagnetismo en diferentes dimensiones. De este modo, a pesar de ser una simplificación de la realidad, las conclusiones obtenidas en el presente trabajo son aplicables al mundo real.


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