Qué es y para quién
Diseñar una línea de transmisión es una cadena de decisiones donde cada una restringe a la siguiente. El nivel de tensión fija la separación entre fases; la separación fija la inductancia; la inductancia fija la regulación; y si la regulación no cumple hay que volver atrás. Ese ir y venir es lo que un informe en papel no puede mostrar.
Esta herramienta recorre el diseño completo de una línea de 500 kV, 307 km y 300 MW bajo normativa colombiana, y permite cambiar cualquier parámetro para ver qué se recalcula y qué deja de cumplir. Está pensada para enseñar el encadenamiento, no para reemplazar el criterio del ingeniero.
Nivel de tensión
La primera decisión no tiene una fórmula única: hay criterios empíricos que dan valores distintos, y el diseño toma el escalón normalizado que satisface a todos.
Mostrar los tres y luego escoger es deliberado: el estudiante ve que los métodos discrepan y que la norma resuelve la discrepancia con escalones fijos, en vez de recibir un número que parece salido de una autoridad única.
Geometría y haz de conductores
A 500 kV un solo conductor por fase no basta: se usa un haz de varios subconductores. Eso cambia la geometría equivalente que ven la inductancia y la capacitancia, y son dos geometrías distintas.
Parámetros distribuidos
Con la geometría resuelta salen los parámetros por unidad de longitud, que son los que alimentan el modelo eléctrico de la línea.
Efecto corona
A 500 kV el aire alrededor del conductor puede ionizarse. La verificación compara el gradiente superficial que realmente aparece contra el gradiente crítico que el aire aguanta.
Modelo de línea larga
A 307 km no vale el modelo concentrado: hay que tratar la línea como parámetros distribuidos y resolverla como un cuadripolo.
En una línea larga poco cargada, la capacitancia distribuida hace que la tensión en el extremo receptor supere a la del emisor: es el efecto Ferranti. El modelo lo reproduce y el resultado se presenta como tal, en vez de forzarlo a positivo o marcarlo como fallo. Un simulador que esconde el Ferranti enseña mal.
Cálculo mecánico
El conductor es un cable colgado que cambia de longitud con la temperatura y de carga con el viento y el hielo. El cálculo mecánico determina la flecha, y la flecha determina la altura de la torre.
Cuatro hipótesis, no una
La línea se verifica bajo cuatro combinaciones climáticas de temperatura, viento y sobrecarga. No basta con la peor: distintas hipótesis dominan según la longitud del vano.
La transición entre estados se resuelve con la ecuación de cambio de estado, que relaciona la tensión mecánica en dos condiciones distintas a través del módulo de elasticidad y el coeficiente de dilatación del conductor. La presión del viento se obtiene de la presión dinámica del aire sobre el diámetro expuesto.
La flecha se calcula también para vanos con apoyos a distinta altura. En terreno plano la catenaria es simétrica; en pendiente no, y el punto más bajo se desplaza. Ignorarlo subestima la distancia real al suelo justo donde el terreno sube.
El mismo cálculo se aplica al cable de guarda, que tiene otro material, otro peso y otra tensión de tendido, y por tanto otra flecha. Si se le copiara la del conductor, la separación entre ambos dejaría de ser la calculada.
Cadena de aisladores
El número de discos sale de dos criterios independientes, y se adopta el mayor.
Son criterios de naturaleza distinta —ambiental y eléctrica— y por eso se calculan por separado antes de adoptar el mayor. La longitud resultante de la cadena entra directamente en la geometría de la torre.
Se verifica además el factor de seguridad mecánico de la cadena, que es lo que decide si basta una cadena simple o hace falta doble.
Torre y distancias de seguridad
La altura de la torre no se escoge: se deduce de la flecha máxima, la longitud de la cadena de aisladores y las distancias mínimas que exige la norma.
Las distancias mínimas están definidas hasta una altitud de referencia. Por encima, la rigidez dieléctrica del aire cae y la norma exige aumentarlas. Es la segunda vez que la altitud entra en el diseño — la primera fue en el gradiente crítico de corona — y por caminos independientes.
El módulo posiciona también los cables de guarda, con su separación horizontal y vertical respecto a la fase exterior, que es lo que define el ángulo de apantallamiento contra descargas atmosféricas. Del vano adoptado y la longitud total sale el número de estructuras.
Plantillado
La última etapa genera las cuatro curvas patrón con las que se ubican las estructuras sobre el perfil del terreno: la curva de la catenaria y sus derivadas para verificar distancia al suelo, separación entre conductores y esfuerzos de levantamiento.
Cómo está construido
El objetivo técnico era que cambiar un parámetro recalcule la cadena sin recargar la página, sin convertir la aplicación en un frontend pesado.
| Pieza | Elección | Por qué |
|---|---|---|
| Servidor | Flask | El cálculo es Python; llevarlo al navegador habría duplicado las fórmulas |
| Interactividad | HTMX | Recalcular devolviendo fragmentos de HTML, sin construir una API ni un cliente aparte |
| Estado ligero | Alpine.js | Para lo que es puramente de interfaz y no merece un viaje al servidor |
| Fórmulas | KaTeX | Las expresiones se leen como en el libro, no como código |
| Gráficas | Matplotlib y Chart.js | Las técnicas se generan en el servidor; las interactivas, en el cliente |
Un proyecto por estudiante
Cada estudiante trabaja sobre sus propios parámetros. El proyecto se importa desde un archivo, se guarda en el navegador y se exporta al terminar. No hay cuentas ni base de datos de usuarios: el trabajo vive en el equipo de quien lo hace, que para un ejercicio de curso es la opción correcta y la que menos datos personales acumula.
Verificación
Las 28 pruebas cubren los cálculos y las rutas, y corren en cada cambio antes de desplegar. La hoja de estilos se compila en el mismo paso, porque una de las pruebas verifica que el sitio sirva su CSS: un despliegue sin estilos es un despliegue roto aunque el servidor responda.