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Efecto corona

El efecto corona es un fenómeno eléctrico que se produce por la ionización del gas que rodea a un conductor cargado. Ocurre espontáneamente en las líneas de alta tensión y se manifiesta en forma de halo luminoso (por el mismo efecto que las lámparas de descarga). Dado que los conductores suelen ser de sección circular, el halo adopta una forma de corona, de ahí el nombre del fenómeno que incluso para su denominación en inglés recurre a este término.

La descarga de corona alrededor de una bobina de alta tensión.

El efecto corona está causado por la ionización del aire circundante al conductor debido a las heterogeneidades de campo eléctrico[1]​ en las superficies de los conductores que se producen a altas tensiones, generando diferencias de potenciales localmente altas. Al momento que las moléculas que componen el aire se ionizan, estas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que circulan por la línea pasan a circular por el aire. Tal circulación producirá un incremento de temperatura en el gas, que se tornará de un color rojizo para niveles bajos de temperatura, o azulado para niveles altos. La intensidad del efecto corona, por lo tanto, se puede cuantificar según el color del halo, que será rojizo en aquellos casos leves y azulado para los más severos.

El gas ionizado por el efecto es químicamente activo y durante su ocurrencia se producen gases cómo ozono (O3) y monóxido de nitrógeno (NO) que evoluciona a dióxido de nitrógeno (NO2) y a ácido nítrico en ambientes húmedos. El proceso de obtención de ozono industrial se realiza por un método similar. Cuando el fenómeno se produce espontáneamente y de manera incontrolada estos gases resultan peligrosos ya que son altamente corrosivos lo cual los hace particularmente dañinos para las líneas de transporte de energía. El efecto corona, de manera controlada, se utiliza en variados procesos industriales, tales como impresión y filtrado.

La primera forma de efecto corona registrada fue el fuego de San Telmo. En clima tormentoso en el mar, en ocasiones aparecían luces como flamas rojizas o azuladas en la parte superior de los mástiles de los barcos. Los marineros lo asociaban con una forma de protección y lo nombraron en honor a su patrono, Erasmo de Formia (San Telmo).

En el curso de las investigaciones sobre la electroestática en el siglo XVII, se observó por primera vez el mismo fenómeno en laboratorio. Por lo general, también se le daba el nombre de corona. Ahora normalmente se utiliza el término de efecto corona para describir este fenómeno de descarga de gas eléctrico externo.

El efecto corona puede ser suprimido utilizando anillos anticorona y pantallas que homogeneicen los perfiles de campo eléctrico en los puntos activos de interconexión.

Introducción

El efecto corona es un proceso en el cual una corriente eléctrica circula desde un electrodo a alto potencial hacia un medio neutro, ionizando el fluido que cambia de estado a plasma alrededor del electrodo. Los iones que circulan por el medio plasmático pueden, eventualmente, retornar a un punto del mismo conductor a menor potencial o bien recombinarse para volver a formar moléculas de gas neutro.

Cuando el campo eléctrico (gradiente de potencial) es lo suficientemente intenso en algún punto del fluido, el mismo se ioniza y se hace conductor. Es frecuente encontrar en circuitos y sistemas de distribución y transporte eléctricos elementos que puedan contener puntas agudas o cantos filosos, el campo eléctrico en esos conductores, de estar estos sujetos a potencial, es localmente más intenso por el denominado efecto punta. El aire que rodea tales puntas y cantos de los conductores se ioniza localmente, por lo que se vuelve conductor y todo el sistema -aire ionizado, conductor- actúa cómo un mismo conductor, pero ahora de apariencia menos aguda (punta más suave), por lo cual, el efecto no se extiende y queda confinado localmente. Si la geometría del conductor y el gradiente de potencial son lo suficientemente intensos cómo para ionizar y provocar la ruptura dieléctrica del gas en un volumen tal que alcance a otro conductor distinto a menor potencial se producirá una descarga resultando un arco eléctrico.

El efecto corona se da habitualmente en regiones curvas de conductores y electrodos, tales cómo esquinas en punta, puntas agudas, cantos metálicos o cables de pequeño diámetro. Para evitar o minimizar el este efecto los terminales, conectores y accesorios de los equipos de alta tensión se diseñan con grandes diámetros y curvas redondeadas y suaves típicamente adoptando formas esféricas o toroidales. Uno de los elementos típicos que se implementan para suprimir el efecto son los anillos anticorona los cuales se ubican a extremos de los aisladores de las líneas de alta tensión.

Tipos de corona

El efecto corona se puede clasificar en positivo o negativo de acuerdo a la polaridad de la tensión en el electrodo que origina el efecto.

Si el potencial del conductor (o sector del conductor) que origina el efecto es mayor que el del electrodo que recibe carga, el efecto se denomina corona "positiva". Si el potencial del electrodo origen, es menor que el del electrodo final, el efecto se denomina corona "negativa".

El comportamiento de las coronas positivas y negativas es notablemente diferente, esto se debe a que las partículas que transportan energía en un caso serán electrones, y en otro iones de carga positiva, la masa de estos dos tipos de partículas es muy distinta por lo que su movimiento es totalmente diferente.

Una de las razones más importantes para diferenciar los tipos de corona es que las coronas negativas producirán mucho más ozono que una corona positiva de igual intensidad, siendo su efecto mucho más destructivo sobre los conductores.

Aplicaciones del efecto corona

El efecto corona tiene variedad de aplicaciones a la industria entre las que se pueden destacar:

El efecto corona puede ser usado para generar superficies cargadas, las cuales son útiles en la industria del Fotocopiado.

También puede ser utilizado para la remoción de material particulado de flujos de aire, primero ionizando el aire, y luego haciéndolo circular a través de superficies cargadas, reteniendo así sólo algunos tipos de partículas cargadas sobre las superficies de carga opuesta.

Problemas causados por el efecto corona

Las principales consecuencias del efecto corona son:

  • Generación de luz
  • Ruido audible
  • Ruido de radio
  • Vibración resultante del viento eléctrico
  • Deterioro de los materiales como consecuencia de un bombardeo de iones
  • Generación de gases corrosivos, cómo ozono, óxidos de nitrógeno y si hay presencia de humedad, ácido nítrico
  • Disipación de la energía
  • Daño a los aisladores
  • Erosión de materiales plásticos
  • Descargas electrostáticas

El efecto corona puede producir ruido audible e interferencias por radiación electromagnética. En líneas de transporte de energía son una de las principales fuentes de pérdida de energía y su acción sobre el aire produce óxidos nitrosos que pueden ser perjudiciales para la salud en zonas densamente pobladas, por lo cual, todo el equipamiento eléctrico se diseña para minimizar su formación.

Dónde ocurre

  • Alrededor de conductores de línea (Alta tensión)
  • En espaciadores y amortiguadores
  • Aislante eléctricos dañados - de cerámica o un material diferente de la cerámica. En alta tensión
  • Aislantes contaminados
  • En los extremos vivos de ensambles de aislantes y manguitos aisladores
  • En cualquier punto de su equipo eléctrico, donde la fuerza del campo eléctrico exceda los 3MV/m
  • En ciertos árboles de gran tamaño.

Técnicas para atenuar el Efecto Corona en líneas de transmisión

Algunos de los métodos empleados en la industria para atenuar el efecto corona en líneas de transmisión incluyen:

  • Aumento del diámetro de los conductores
  • Aumento de distancia entre fases
  • Agrupamiento de varios conductores en una sola fase: este tipo de arreglos aumenta el radio medio geométrico de la línea de transmisión.
  • Empleo de Anillos anticorona: Un anillo de corona está conectado eléctricamente al conductor de alta tensión, rodeando los puntos donde puede ocurrir el efecto corona. Esto reduce significativamente el gradiente de potencial en la superficie del conductor, ya que el anillo distribuye la carga a través de un área más amplia debido a su forma redonda y suave.
  • Reemplazo de conductores

Parámetros del Efecto Corona

Tensión crítica disruptiva

El efecto corona se producirá cuando la tensión de la línea supere la tensión crítica disruptiva del aire, es decir, aquel nivel de tensión por encima del cual el aire se ioniza. La fórmula más utilizada para la determinación de la tensión crítica disruptiva es la propuesta por el ingeniero americano F.W. Peek:

 

Donde:

  • Vc es el valor de tensión crítica disruptiva en kV.
  • δ es el factor de densidad del aire.
  • r es el radio del conductor en centímetros.
  • DMG es la distancia media geométrica entre fases.
  • n es el número de conductores por fase.
  • kr es el coeficiente de rugosidad del conductor empleado, cuyo valor suele ser:
    • 1 para conductores nuevos.
    • 0,98 - 0,93 para conductores viejos (con protuberancias).
    • 0,87 - 0,83 para cables formados por hilos.
  • km es el coeficiente medioambiental, cuyo valor suele ser:
    • 1 cuando el aire es seco.
    • 0,8 para aire húmedo o contaminado.
  • kg es el factor de cableado.

El cálculo DMG dependerá en cada caso de la geometría de la línea eléctrica.

El factor de densidad del aire se calcula como:  

Donde:

  • T es la temperatura del aire en grados celsius
  • P es la presión del aire en milímetros de mercurio.

Pérdidas de potencia activa

Para aquellos casos en los que se produce el efecto corona, la pérdida de potencia se calcula según la fórmula:

 

Donde:

  • Pc es la pérdida de potencia en kW/km.
  • δ es el factor de densidad del aire.
  • f es la frecuencia de la línea en Hz
  • DMG es la distancia media geométrica entre fases.
  • Vs es el valor de la tensión fase-neutro (o tensión simple) en kV.
  • Vc es el valor de tensión crítica disruptiva en kV.

Véase también

Referencias

  1. Líneas de transporte de energía, Luis María Checa, Ed. Marcombo, Zaragoza 1988

Bibliografía

  • MUJAL ROSAS, Ramón M. (2000). Tecnología eléctrica. Barcelona: Edicions UPC. ISBN 84-8301-716-4. 
  • CHECA, Luis María. (1988). Líneas de transporte de energía. Marcombo. ISBN 84-2670-684-3. 

Enlaces externos

  •   Datos: Q165294
  •   Multimedia: Corona discharge

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El efecto corona es un fenomeno electrico que se produce por la ionizacion del gas que rodea a un conductor cargado Ocurre espontaneamente en las lineas de alta tension y se manifiesta en forma de halo luminoso por el mismo efecto que las lamparas de descarga Dado que los conductores suelen ser de seccion circular el halo adopta una forma de corona de ahi el nombre del fenomeno que incluso para su denominacion en ingles recurre a este termino La descarga de corona alrededor de una bobina de alta tension El efecto corona esta causado por la ionizacion del aire circundante al conductor debido a las heterogeneidades de campo electrico 1 en las superficies de los conductores que se producen a altas tensiones generando diferencias de potenciales localmente altas Al momento que las moleculas que componen el aire se ionizan estas son capaces de conducir la corriente electrica y parte de los electrones que circulan por la linea pasan a circular por el aire Tal circulacion producira un incremento de temperatura en el gas que se tornara de un color rojizo para niveles bajos de temperatura o azulado para niveles altos La intensidad del efecto corona por lo tanto se puede cuantificar segun el color del halo que sera rojizo en aquellos casos leves y azulado para los mas severos El gas ionizado por el efecto es quimicamente activo y durante su ocurrencia se producen gases como ozono O3 y monoxido de nitrogeno NO que evoluciona a dioxido de nitrogeno NO2 y a acido nitrico en ambientes humedos El proceso de obtencion de ozono industrial se realiza por un metodo similar Cuando el fenomeno se produce espontaneamente y de manera incontrolada estos gases resultan peligrosos ya que son altamente corrosivos lo cual los hace particularmente daninos para las lineas de transporte de energia El efecto corona de manera controlada se utiliza en variados procesos industriales tales como impresion y filtrado La primera forma de efecto corona registrada fue el fuego de San Telmo En clima tormentoso en el mar en ocasiones aparecian luces como flamas rojizas o azuladas en la parte superior de los mastiles de los barcos Los marineros lo asociaban con una forma de proteccion y lo nombraron en honor a su patrono Erasmo de Formia San Telmo En el curso de las investigaciones sobre la electroestatica en el siglo XVII se observo por primera vez el mismo fenomeno en laboratorio Por lo general tambien se le daba el nombre de corona Ahora normalmente se utiliza el termino de efecto corona para describir este fenomeno de descarga de gas electrico externo El efecto corona puede ser suprimido utilizando anillos anticorona y pantallas que homogeneicen los perfiles de campo electrico en los puntos activos de interconexion Indice 1 Introduccion 2 Tipos de corona 3 Aplicaciones del efecto corona 4 Problemas causados por el efecto corona 5 Donde ocurre 6 Tecnicas para atenuar el Efecto Corona en lineas de transmision 7 Parametros del Efecto Corona 7 1 Tension critica disruptiva 7 2 Perdidas de potencia activa 8 Vease tambien 9 Referencias 10 Bibliografia 11 Enlaces externosIntroduccion EditarEl efecto corona es un proceso en el cual una corriente electrica circula desde un electrodo a alto potencial hacia un medio neutro ionizando el fluido que cambia de estado a plasma alrededor del electrodo Los iones que circulan por el medio plasmatico pueden eventualmente retornar a un punto del mismo conductor a menor potencial o bien recombinarse para volver a formar moleculas de gas neutro Cuando el campo electrico gradiente de potencial es lo suficientemente intenso en algun punto del fluido el mismo se ioniza y se hace conductor Es frecuente encontrar en circuitos y sistemas de distribucion y transporte electricos elementos que puedan contener puntas agudas o cantos filosos el campo electrico en esos conductores de estar estos sujetos a potencial es localmente mas intenso por el denominado efecto punta El aire que rodea tales puntas y cantos de los conductores se ioniza localmente por lo que se vuelve conductor y todo el sistema aire ionizado conductor actua como un mismo conductor pero ahora de apariencia menos aguda punta mas suave por lo cual el efecto no se extiende y queda confinado localmente Si la geometria del conductor y el gradiente de potencial son lo suficientemente intensos como para ionizar y provocar la ruptura dielectrica del gas en un volumen tal que alcance a otro conductor distinto a menor potencial se producira una descarga resultando un arco electrico El efecto corona se da habitualmente en regiones curvas de conductores y electrodos tales como esquinas en punta puntas agudas cantos metalicos o cables de pequeno diametro Para evitar o minimizar el este efecto los terminales conectores y accesorios de los equipos de alta tension se disenan con grandes diametros y curvas redondeadas y suaves tipicamente adoptando formas esfericas o toroidales Uno de los elementos tipicos que se implementan para suprimir el efecto son los anillos anticorona los cuales se ubican a extremos de los aisladores de las lineas de alta tension Tipos de corona EditarEl efecto corona se puede clasificar en positivo o negativo de acuerdo a la polaridad de la tension en el electrodo que origina el efecto Si el potencial del conductor o sector del conductor que origina el efecto es mayor que el del electrodo que recibe carga el efecto se denomina corona positiva Si el potencial del electrodo origen es menor que el del electrodo final el efecto se denomina corona negativa El comportamiento de las coronas positivas y negativas es notablemente diferente esto se debe a que las particulas que transportan energia en un caso seran electrones y en otro iones de carga positiva la masa de estos dos tipos de particulas es muy distinta por lo que su movimiento es totalmente diferente Una de las razones mas importantes para diferenciar los tipos de corona es que las coronas negativas produciran mucho mas ozono que una corona positiva de igual intensidad siendo su efecto mucho mas destructivo sobre los conductores Aplicaciones del efecto corona EditarEl efecto corona tiene variedad de aplicaciones a la industria entre las que se pueden destacar Reduccion de la resistencia superficial de conductores electricos Control de descargas electrostaticas en sistemas de aviacion Produccion de ozono Desinfeccion de aguas Filtrado de particulas en sistemas de aire acondicionado y escapes de gases vease Precipitador electrostatico Remocion de componentes organicos indeseados como pesticidas solventes y armas quimicas de la atmosfera Tratamientos para el mejoramiento de la tension superficial de films polimericos para mejorar su compatibilidad con adhesivos o tintas de impresion Fotocopiado Ionizadores de aire Propulsores ionicos Produccion de fotones para camaras Kirlian Laseres de nitrogeno Ionizacion de muestras de gases para su analisis en Espectrometro de masas Refrigeradores de estado solido o electrostaticos para microprocesadores 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En lineas de transporte de energia son una de las principales fuentes de perdida de energia y su accion sobre el aire produce oxidos nitrosos que pueden ser perjudiciales para la salud en zonas densamente pobladas por lo cual todo el equipamiento electrico se disena para minimizar su formacion Donde ocurre EditarAlrededor de conductores de linea Alta tension En espaciadores y amortiguadores Aislante electricos danados de ceramica o un material diferente de la ceramica En alta tension Aislantes contaminados En los extremos vivos de ensambles de aislantes y manguitos aisladores En cualquier punto de su equipo electrico donde la fuerza del campo electrico exceda los 3MV m En ciertos arboles de gran tamano Tecnicas para atenuar el Efecto Corona en lineas de transmision EditarAlgunos de los metodos empleados en la industria para atenuar el efecto corona en lineas de transmision incluyen Aumento del diametro de los conductores Aumento de distancia entre fases Agrupamiento de varios conductores en una sola fase este tipo de arreglos aumenta el radio medio geometrico de la linea de transmision Empleo de Anillos anticorona Un anillo de corona esta conectado electricamente al conductor de alta tension rodeando los puntos donde puede ocurrir el efecto corona Esto reduce significativamente el gradiente de potencial en la superficie del conductor ya que el anillo distribuye la carga a traves de un area mas amplia debido a su forma redonda y suave Reemplazo de conductoresParametros del Efecto Corona EditarTension critica disruptiva Editar El efecto corona se producira cuando la tension de la linea supere la tension critica disruptiva del aire es decir aquel nivel de tension por encima del cual el aire se ioniza La formula mas utilizada para la determinacion de la tension critica disruptiva es la propuesta por el ingeniero americano F W Peek V c 21 2 d r ln D M G r n k r k m k g displaystyle Vc 21 2 cdot delta cdot r cdot ln frac DMG r cdot n cdot k r cdot k m cdot k g Donde Vc es el valor de tension critica disruptiva en kV d es el factor de densidad del aire r es el radio del conductor en centimetros DMG es la distancia media geometrica entre fases n es el numero de conductores por fase kr es el coeficiente de rugosidad del conductor empleado cuyo valor suele ser 1 para conductores nuevos 0 98 0 93 para conductores viejos con protuberancias 0 87 0 83 para cables formados por hilos km es el coeficiente medioambiental cuyo valor suele ser 1 cuando el aire es seco 0 8 para aire humedo o contaminado kg es el factor de cableado El calculo DMG dependera en cada caso de la geometria de la linea electrica El factor de densidad del aire se calcula como d 273 20 273 T P 760 displaystyle delta frac 273 20 273 T cdot frac P 760 Donde T es la temperatura del aire en grados celsius P es la presion del aire en milimetros de mercurio Perdidas de potencia activa Editar Para aquellos casos en los que se produce el efecto corona la perdida de potencia se calcula segun la formula P c 244 d f 25 r D M G V s V c 2 10 5 displaystyle P c frac 244 delta left f 25 right sqrt frac r DMG left V s V c right 2 cdot 10 5 Donde Pc es la perdida de potencia en kW km d es el factor de densidad del aire f es la frecuencia de la linea en Hz DMG es la distancia media geometrica entre fases Vs es el valor de la tension fase neutro o tension simple en kV Vc es el valor de tension critica disruptiva en kV Vease tambien EditarAnillo anticorona Esfera luminosa Camara Kirlian Fuego de San Telmo Plasma estado de la materia Tubo de CrookesReferencias Editar Lineas de transporte de energia Luis Maria Checa Ed Marcombo Zaragoza 1988Bibliografia EditarMUJAL ROSAS Ramon M 2000 Tecnologia electrica Barcelona Edicions UPC ISBN 84 8301 716 4 CHECA Luis Maria 1988 Lineas de transporte de energia Marcombo ISBN 84 2670 684 3 Enlaces externos Editarhttp www ofilsystems com Camaras Efecto Corona Datos Q165294 Multimedia Corona dischargeObtenido de https es wikipedia org w index php title Efecto corona amp oldid 136960516, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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