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.
El efecto corona está causado por la ionización del aire circundante al conductor debido a las heterogeneidades de campo eléctrico 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.
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.
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.
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.
Las principales consecuencias del efecto corona son:
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.
Algunos de los métodos empleados en la industria para atenuar el efecto corona en líneas de transmisión incluyen:
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:
El cálculo DMG dependerá en cada caso de la geometría de la línea eléctrica.
El factor de densidad del aire se calcula como:
Donde:
Para aquellos casos en los que se produce el efecto corona, la pérdida de potencia se calcula según la fórmula:
Donde: