Debido al reciente apagón eléctrico ocurrido en España el 28/04/2025, el cual duró en algunos lugares entre 6 y 12 horas, produciendo problemas a sus habitantes y generando pérdidas económicas importantes, por curiosidad científica he estado investigando sobre las posibles causas de las fallas eléctricas en general y encontré que existen diversas razones de ocurrencia, desde las más obvias, como son las rupturas de conductores eléctricos o la caída de postes y torres de transmisión por eventos sísmicos, tormentas climáticas o por falta de mantenimiento, hasta algunas tan complejas como son los fenómenos geomagnéticos y las tormentas solares, teniendo en cuenta que para estudiar las causas reales del apagón ibérico, existe una comisión investigadora responsable, que deberá elaborar el informe técnico oficial, con los hallazgos y las recomendaciones pertinentes.
En este artículo me enfocaré en explicar ciertas causas bastante complejas que producen apagones eléctricos, que no son tan obvias y que involucran posibles fallas en los componentes físicos que controlan el comportamiento de las señales eléctricas en los sistemas de generación y distribución, lo que requiere entender ciertos conceptos básicos del funcionamiento de la electricidad y ese es el tema que expondré a continuación, procurando que la explicación sea corta, sencilla y orientada a los lectores sin mayores conocimientos previos sobre esta materia, para lo cual comenzaré desde los conceptos más básicos.
Un átomo es la unidad mínima de cualquiera de los 118 elementos químicos existentes actualmente, está compuesto por tres tipos de partículas que son los neutrones (sin carga eléctrica), los protones (con carga positiva) los cuales están ubicados en el núcleo atómico y los electrones (con carga negativa) que giran alrededor del núcleo organizados en órbitas, siendo que existen algunos elementos químicos que son buenos conductores de electricidad, como son el cobre o el aluminio, que tienen pocos electrones en las órbitas más externas de sus átomos, los cuales mediante excitación magnética pueden moverse con facilidad entre los átomos adyacentes, produciendo corrientes eléctricas que son flujos de electrones.
La corriente eléctrica es un movimiento de electrones a través de un medio conductor y existen tres variables eléctricas fundamentales relacionadas entre sí que son:
Intensidad (I) que se mide en Amperios [A]
Voltaje (V) que se mide en Voltios [V]
Resistencia (R) que se mide en Ohmios [Ω]
La Intensidad eléctrica es la cantidad de electrones que circulan por segundo a través de la sección de un conductor, el Voltaje es la fuerza impulsora que hace que la corriente eléctrica fluya a través del conductor, la Resistencia es la oposición al paso de la corriente eléctrica en el conductor, de forma que estas tres magnitudes se relacionan entre sí por la ley de Ohm, mediante la fórmula siguiente:
Resistencia = Voltaje / Intensidad.
También existen dos tipos de corriente y voltaje, la corriente continua cuya intensidad [I] y el voltaje [V] son constantes en el tiempo, como es la generada por pilas o baterías eléctricas y la corriente alterna cuya intensidad y voltaje fluctúan, siguiendo un patrón oscilatorio senoidal, como es la transmitida a través de las redes eléctricas públicas, tal como se muestra en la figura siguiente:
Para las señales de corriente o voltaje alterno, el máximo desplazamiento de la curva en el eje vertical a partir del eje horizontal se llama Amplitud (A) y si consideramos como un ciclo la curva mostrada en azul, la cantidad de ciclos por segundo se llama frecuencia (f) y se mide en Hertz [Hz] y cuando existen dos señales alternas simultáneas de voltaje o de corriente, si esas dos señales no se sobreponen entre sí, se dice que existe entre ellas un desfase o ángulo de fase (ɸ) diferente de cero grados.
Debido a la existencia en España de múltiples fuentes de generación de electricidad, en el año 2024 las estadísticas de generación eran, para las energías renovables: eólica 23,23 %, solar fotovoltaica 16,98 %, hidráulica 13,31 % y entre las energías no renovables, la nuclear era 19,98 % para un subtotal de 73,5 % y además el 26,5 % restante era producido por combustibles fósiles y otras fuentes energéticas menos convencionales.
Para poder transmitir la energía de origen heterogéneo a través de las redes eléctricas de distribución existentes en la península ibérica, se debe hacer una mezcla homogénea de energías eléctricas y para ello es requerido convertir la electricidad continua como es por ejemplo la fotovoltaica en corriente alterna, mediante el uso de dispositivos llamados inversores y adicionalmente, la mezcla resultarte requiere que los voltajes inyectados sean constantes en cuanto a sus valores de frecuencia y ángulo de fase, para lo cual se utilizan transformadores para subir y estabilizar los voltajes y otros dispositivos de sincronización que garanticen que la señal mezclada resultante se comporte como una función sinusoidal cuasi perfecta con frecuencia de 50 Hz para el caso de Europa.
Debido a que en el proceso de mezcla de señales eléctricas los dispositivos de control y conversión que intervienen podrían fallar, deben existir mecanismos que detecten el deterioro en los parámetros válidos para amplitud (máximo voltaje o corriente), frecuencia y ángulo de fase, tal como ocurre en menor escala en las instalaciones residenciales, donde para evitar incendios por cortos circuitos o incremento de intensidad superior a la capacidad de conducción del cableado eléctrico, se incorporan disyuntores termomagnéticos, que son dispositivos de protección eléctrica, cuya función es interrumpir la corriente eléctrica cuando se detecta una sobrecarga o algún cortocircuito.
Adicionalmente, según la teoría de ondas, cuando por un mismo conductor se envían dos voltajes o dos corrientes de igual amplitud y frecuencia, pero desfasadas en 180 grados o sea π radianes, la señal resultante es de amplitud cero, lo cual implica que no hay voltaje o corriente según sea el caso y se produce un apagón, por otra parte si las corrientes o voltajes tienen la misma frecuencia, pero están desfasadas entre sí, la corriente o voltaje resultante será la diferencia entre las magnitudes y se produce una baja de corriente o voltaje.
Es importante destacar que como la electricidad generada y transmitida es trifásica, pues los dispositivos generadores eléctricos producen tres corrientes diferentes desfasadas 120 grados entre sí, para no mezclar esas señales se requieren tres conductores diferentes, donde cada una de las señales eléctricas sea independiente y no interfiera con las demás señales y para inyectar corrientes provenientes de diversas fuentes, hay que considerar que las señales inyectadas coincidan con cada una de las fases respectivas de cada conductor.
A continuación, se muestran dos fórmulas matemáticas básicas, para satisfacer la curiosidad de aquellos lectores más acuciosos, considerando que la mezcla de señales eléctricas de origen heterogéneo que viajan por un mismo conductor, debe generar una onda resultante regida por estas ecuaciones, donde se garantice un comportamiento sin distorsiones de la onda final tanto para intensidad como para voltaje.
La fórmula general para una señal de voltaje en corriente alterna (CA) es:
v(t) = Vm * sen (ωt + φ)
Donde:
v(t): voltaje instantáneo en un tiempo específico (t).
Vm: amplitud o voltaje máximo de la señal.
ω: frecuencia angular (ω = 2πf, donde f es la frecuencia en Hz).
t: tiempo.
φ: ángulo de fase (o desfase).
La fórmula general para una señal de intensidad en corriente alterna (CA) es:
i(t) = I₀ sen (ωt + φ)
Donde:
i(t): intensidad de corriente en función del tiempo (t).
I₀: amplitud o valor máximo de la intensidad.
ω: frecuencia angular, dada por ω = 2πf, donde f es la frecuencia en Hz.
t: tiempo.
φ: ángulo de fase (o desfase).
En conclusión, para manejar electricidad proveniente de diversas fuentes heterogéneas, es fundamental que la mezcla de esas señales eléctricas cumpla con ciertas normas que garanticen, Amplitudes de onda que no sobrepasen los valores límite de los componentes del sistema, frecuencias similares y estables y finalmente ángulos de fase de cero grados, pero además se debe tener en cuenta que en cualquier sistema entre más componentes haya, aumenta la probabilidad de que ocurra un fallo, por lo cual es fundamental contar con un sistema de monitoreo permanente de las redes y adicionalmente manejar planes de mantenimiento preventivo y planes de contingencia.
