De la turbina al enchufe: así llega la electricidad a tu hogar

Encender la luz parece una acción tan simple que no solemos pensar en el camino que deben recorrer los fotones para iluminar su habitación. En realidad, antes de llegar al enchufe la corriente eléctrica pasa por una cadena de múltiples transformaciones: la energía química del carbón o los fotones del sol —en energía mecánica, luego en electromagnética, después en ondas de alto voltaje y finalmente de nuevo a unos seguros 220 V. Analizaremos esa cadena de forma secuencial, comenzando por los principios de funcionamiento de las centrales eléctricas y terminando en por qué la placa no se apaga cuando el aspirador recorre la casa y el termo se calienta.

Dónde aparece la electricidad: principales formas de generación

Centrales térmicas — energía de la combustión

La central térmica clásica convierte el calor químico del carbón, el petróleo o el gas en vapor de alta presión. El vapor hace girar una turbina: un rotor pesado de decenas de toneladas se acelera hasta unos 3000 rpm. El generador acoplado al rotor produce corriente a unos 6–24 kV. Una porción colosal de la electricidad mundial sigue produciéndose así: en algunos países por el carbón (China, Australia), en otros por gas barato (EE. UU., Rusia, Catar). La eficiencia de los mejores bloques de gas (ciclos «turbina + caldera recuperativa + sección de turbina de vapor») se aproxima al 62 %, sin embargo las pérdidas por calor y las emisiones de CO₂ siguen siendo un inconveniente fundamental.

Centrales hidroeléctricas — la fuerza del agua en caída

Cuando una presa retiene un río se forma un embalse —un enorme depósito de energía potencial. La física es simple: cuanto más alta está la superficie del agua respecto a la turbina, mayor es la presión sobre la entrada del conducto de la turbina y, por tanto, más energía cinética adquiere el chorro a la salida.

En el interior del cuerpo de hormigón de la presa se prevén conductos de presión —los llamados conductos de agua. Cada conducto termina antes de la cámara espiral de la turbina: es una carcasa anular en forma de «caracol» que distribuye el flujo de manera uniforme sobre las palas de la rueda de trabajo. La rueda, conocida en ingeniería como rodete, está montada en el eje y gira a velocidades de 90–240 rpm en los grandes grupos hidroeléctricos.

A continuación el eje atraviesa un bloque de rodamientos sellado hacia el generador. El rotor del generador monta electroimanes y el estator tiene devanados de cobre. El campo magnético giratorio induce una fuerza electromotriz alterna que luego elevan los transformadores. La eficiencia supera el 90 %: casi toda la energía del agua que cae se convierte en electricidad, y las emisiones de CO₂ son inexistentes porque no hay combustión.

La limitación es una sola: el relieve. Se necesita un alto salto y caudal grande. Por eso las centrales más potentes están ya sea en zonas montañosas (Sayano-Shushenskaya, Tres Gargantas), ya sea en ríos llanos colosales donde la presa puede extenderse y crear un nivel de agua enorme (Itaipú).

Centrales nucleares — el calor del núcleo

Un reactor nuclear se parece a una caldera sin quemador: el calor se libera por la reacción en cadena de fisión de núcleos de uranio-235. El reactor, la bomba de circulación y el generador de vapor forman el primer circuito —cerrado, a una presión de alrededor de 16 MPa. El agua allí no hierve ni siquiera a 300 °C, por lo que evacúa el calor de la zona activa de forma eficiente. Pero esa agua es radiactiva, por eso no se permite que llegue a la turbina.

En la frontera está el generador de vapor —un intercambiador térmico donde los tubos del primer circuito calientan agua «limpia» del segundo circuito. Es allí donde nace el vapor saturado a 270–290 °C, que mueve la turbina de vapor, el eje y el generador. El esquema de dos circuitos hace que el movimiento de radionúclidos sea prácticamente imposible.

El principal talón de Aquiles es la evacuación del calor residual si cesa el flujo de agua. Por eso cada bloque dispone de grupos electrógenos diésel, bombas con baterías y piscinas de refrigeración de emergencia. Esa seguridad tiene un coste: en los reactores VVER-1200 la probabilidad de una accidente grave proyectada no supera 10⁻⁷ por año.

Fuentes renovables — viento y sol

Panel solar — es una placa de semiconductor con una unión p-n. Los fotones extraen electrones de la red cristalina y en los bornes aparece corriente continua. Un inversor la convierte en alterna a 50 Hz, sincronizada con la red.
Turbina eólica funciona al revés: la corriente de aire empuja las palas aerodinámicas, el eje a través del multiplicador acelera el generador. Para la compatibilidad con la red se usa o un generador síncrono con convertidor de frecuencia, o un generador multipolar directo más un convertidor.

El problema es que una nube puede en cinco minutos «comerse» la mitad de la potencia de salida de una planta solar, y una calma repentina puede detener totalmente un aerogenerador. Para que la red no soporte esas caídas se emplean:

baterías de ion-litio de decenas a centenas de MWh,
centrales hidráulicas reversibles —con el exceso nocturno bombean agua hacia arriba y por el día entregan potencia,
centrales de arranque rápido con motores o turbinas de gas —alcanzan la potencia nominal en 5–10 minutos, cubriendo las caídas bruscas.

Transformación de tensión: para qué sirven los transformadores

El generador entrega 6–24 kV —para líneas largas eso es poco: con corrientes de miles de amperios el calentamiento de los conductores «devora» hasta el 10 % de la energía. Un transformador de potencia trifásico eleva la tensión a 110, 220, 330, 500 y a veces 750 kV. Las pérdidas según la fórmula I²R caen decenas de veces. Las torres de alta tensión con aisladores largos y pararrayos masivos son la tarjeta de presentación de la «autopista». Al otro extremo la línea llega a una subestación reductora: allí escalones de transformadores devuelven la corriente a niveles de 35–110 kV, luego 6–10 kV, y solo al final a los habituales 0,4 kV (trifásicos 380/220 V).

Cómo «viaja» la corriente entre regiones y países

Dentro de una zona síncrona todos los generadores giran «al mismo paso» con la misma frecuencia —50 Hz en Europa, Rusia e India; 60 Hz en EE. UU., Canadá, Japón (parcialmente) y Corea. Las líneas de transmisión de corriente alterna conectan ciudades fácil y económicamente mientras las distancias no superen ~600 km.

Pero entre zonas las frecuencias no coinciden y cientos de kilómetros «consumen» potencia reactiva. Por eso se usan enlaces HVDC —líneas de corriente continua ±500…±800 kV. En cada extremo hay una subestación convertidora: módulos con tiristores o IGBT rectifican la corriente alterna a continua y viceversa. HVDC no es sensible a la diferencia de frecuencia y casi no pierde energía por la capacitancia de las líneas, por eso por ellas se pueden transmitir 5–10 GW a 1000–3000 km con pérdidas <3 %.

El sistema unificado de energía de Rusia está formado por siete sistemas energéticos unidos por corriente alterna de 50 Hz. La conexión con los países bálticos y Bielorrusia forma el anillo BRELL: Rusia — Bielorrusia — Lituania — Letonia — Estonia. Ese mismo anillo conecta la red postsoviética con la europea a través de puentes HVDC en Polonia y Finlandia.
ENTSO-E agrupa 35 países de Europa. Allí existe la «Europa continental» síncrona, y también islas separadas (Gran Bretaña, Irlanda, Noruega), conectadas solo por cables HVDC bajo el Canal de la Mancha y el Mar del Norte.
América del Norte está dividida en las interconexiones Este y Oeste. Entre ellas hay 13 enlaces HVDC con una potencia total de ≈7 GW: suavizan el desbalance diario cuando en el este es la hora punta de la tarde y en el oeste todavía es mediodía.

Si se compara con el transporte: la corriente alterna son las carreteras dentro de un país con reglas comunes. Las líneas HVDC son puentes de alta velocidad entre países, donde se puede circular con «tu propio voltaje» sin frenar en la frontera.

Balance de potencia

La red de CA se parece a un muelle: si los generadores entregan más de lo que consumen los usuarios, la frecuencia sube; si hay déficit, baja. Una desviación de 1 Hz ya es peligrosa: las turbinas entran en resonancia y los motores industriales se sobrecalientan. Los centros de despacho (operadores del sistema) regulan cada segundo decenas de unidades: unas turbinas se pasan al modo de mínima potencia técnica, otras se ponen en reserva de giro en caliente. A escala de milisegundos ayuda la inercia: los ejes pesados de las turbinas almacenan energía cinética que suaviza las oscilaciones.

Red de distribución: el camino hasta el barrio

Tras las líneas troncales y regionales la corriente «se zambulle» en la red urbana de media tensión —6–10 kV. En canales de hormigón o sobre grandes soportes de hormigón armado van tres conductores aluminio-acero, uno por cada fase. La traza se dispone en anillo:

Subestación 110/10 kV — dos celdas con aceite o con gas aislante, transformador reductor y un conjunto de interruptores de alta tensión.
Manguitos de empalme cada 400–600 m para el paso al subsuelo: «botellas» negras con termorretráctil y marcaje de fase.
Punto de distribución (PD) — un pequeño edificio de ladrillo con 6–12 celdas de conmutación 10 kV; allí el cable sale, pasa por un interruptor con gas aislante y continúa hacia el siguiente PD.

Si una tormenta corta un tramo del anillo, los interruptores en los PD vecinos abren las salidas, aíslan el segmento dañado y la corriente circula por el medio anillo inverso —los residentes ni siquiera notan la interrupción.

Qué ocurre en el portal del edificio

Cuando el cable de 0,4 kV entra en el edificio, lo primero es el cuadro general de distribución (CGD) en el sótano o en el falso suelo técnico. En el CGD hay:

un interruptor de entrada que protege el edificio ante cortocircuitos;
un contador general del edificio que registra todo el consumo del portal;
interruptores salientes —uno por cada columna que sube a las plantas.

Desde la columna la alimentación llega al cuadro de planta. En él solo hay dos elementos clave:

el interruptor de la vivienda —se desconecta ante sobrecarga o cortocircuito dentro del hogar;
el contador del residente. Un modelo «inteligente» moderno transmite cada 15 minutos las lecturas al comercializador y, en caso de una deuda considerable, puede desconectar la fase a distancia.

A continuación el cableado entra en el piso y ahí se ramifica hacia enchufes, iluminación y electrodomésticos de gran potencia. Así, toda la parte del edificio en la cadena se resume en tres «niveles de control»: el cuadro general del edificio, el cuadro de planta y el interruptor individual + contador en el piso.

Por qué y cómo cortan la electricidad

Mantenimiento programado. El despachador reduce la carga, la brigada quita la tensión del alimentador, repara aisladores o cambia un cable, y luego la línea vuelve al anillo.
No pago. Tras 60 días de impago la compañía comercializadora envía un aviso. Si la deuda no se salda, se desconecta el interruptor de entrada, normalmente en presencia de autoridades judiciales.
Accidente. En un cortocircuito la corriente aumenta decenas de veces; la protección por relés desconecta el interruptor en 0,06 s. La automatización intenta rearmar —si el arco ha desaparecido, la red se restaura; si la falla persiste, el tramo permanece sin energía hasta la llegada de la brigada.
Déficit de potencia. En grandes incidentes el despachador desconecta zonas no prioritarias según listas predefinidas —para preservar el suministro de hospitales, metros y captaciones de agua.

Problemas y desafíos en distintas escalas

Nivel vivienda

Calentamiento del enchufe —un contacto flojo se calienta, el plástico se deforma, puede aparecer arco y cortocircuito.
Regleta sobrecargada —una regleta doméstica está diseñada para 2 kW y se enchufan un calefactor y una tetera; el conductor interno no aguanta.
Desbalance de fases —la mayoría de aparatos conectados a una misma fase: en ella hay 190 V (luz tenue), en la fase libre 250 V (riesgo de quemar equipos). Se corrige equilibrando fases con un electricista.

Escala urbana

Pico de aire acondicionado —los transformadores se sobrecalientan, el aceite hierve y aparece un fallo. Se soluciona con subestaciones móviles y limitación de potencia.
Cables antiguos —el aislamiento papel-aceite de los años 70 permite la entrada de humedad y ante una sobretensión se produce una perforación. Se reemplazan secciones mientras la topología de anillo mantiene el suministro.

Región y país

Déficit de reserva —una ola de frío o calma interrumpe parte de la generación y la frecuencia cae; la automatización desconecta barrios, como en Texas en 2021.
Incidentes meteorológicos en las líneas —acumulación de hielo, incendios. La red se divide en «islotes»: cada uno se alimenta con su reserva o se apaga hasta un arranque en negro.

Quién gestiona todo esto

Incluso en estados con políticas distintas la estructura de los sistemas eléctricos es similar. En cada nivel hay su «despachador»:

central —el jefe de turno, que vigila calderas y turbinas;
centro de despacho regional —regula los flujos de 110–500 kV;
operador del sistema nacional —equilibra frecuencia, reservas y cortes de emergencia;
regulador independiente —supervisa el mercado de potencia y las tarifas.

En Rusia los papeles están distribuidos así: la generación pertenece a cientos de compañías, pero los cronogramas los aprueba AO 'SO EES'; la transmisión está en manos de FGC UES; la distribución la gestionan filiales de Rosseti y redes municipales; la comercialización corre a cargo de los proveedores garantizados. En EE. UU. la estructura es parecida, solo que hay muchas redes y compiten por clientes.

Conclusión

El camino de la electricidad comienza en la caldera de una central térmica, en el reactor de una nuclear, en la turbina de una hidroeléctrica o en el cristal de un panel solar, y termina en el conductor de cobre del cable doméstico. En cada tramo surgen problemas distintos: desde la cavitación de las palas de una turbina hasta la rotura de un viejo cable en la fachada de un edificio. Para que la bombilla funcione correctamente la industria eléctrica se apoya en transformadores y conmutadores, en las órdenes de los despachadores y en el análisis meteorológico, en las tecnologías de redes inteligentes y en las leyes que definen quién y por qué puede cortar la electricidad. Todo ello forma un organismo complejo en el que millones de personas y kilómetros de cables trabajan en sincronía, para que el simple clic del interruptor siga siendo para nosotros tan imperceptible como una respiración.