La corriente alterna (CA) es uno de los dos tipos de corriente eléctrica que se utilizan para transmitir electricidad. Se produce mediante generadores diseñados específicamente para este fin. Estos generadores de CA convierten la energía mecánica en energía eléctrica, lo que facilita una producción eficiente.
El descubrimiento y desarrollo de la corriente alterna (CA) involucró a múltiples pioneros a lo largo del tiempo.
En 1831, Michael Faraday sentó las bases con su descubrimiento de la inducción electromagnética. Demostró que un campo magnético cambiante podía inducir una corriente eléctrica en un conductor, un principio esencial para generar corriente alterna. A partir de esto, Hippolyte Pixii construyó un generador temprano en 1832 que producía corriente alterna, aunque a menudo se convertía en corriente continua (CC) para su uso en esa época.
A mediados del siglo XIX, ingenieros como Zénobe Théophile Gramme mejoraron las máquinas dinamo capaces de generar corriente alterna. Más tarde, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs introdujeron los transformadores y comenzaron a explorar el potencial de la corriente alterna para la transmisión eléctrica, reconociendo sus ventajas para la distribución de energía a larga distancia.
Sin embargo, fue Nikola Tesla en la década de 1880 quien revolucionó el uso de la corriente alterna. Tesla desarrolló el motor de inducción y generadores de corriente alterna avanzados, lo que permitió la conversión eficiente de energía mecánica en energía eléctrica alterna. Su trabajo permitió transmitir corriente alterna a largas distancias con una pérdida de energía mínima, una mejora importante con respecto a los sistemas de corriente continua.
Las innovaciones de Tesla, combinadas con el apoyo financiero y comercial de George Westinghouse , hicieron que la corriente alterna se convirtiera en el sistema dominante para la generación y distribución de electricidad. Si bien Faraday proporcionó la base teórica, las contribuciones de Tesla hicieron que la corriente alterna fuera práctica y transformadora para los sistemas eléctricos modernos.
Los inicios de la electricidad: de CC a CA
En los primeros tiempos del uso de la electricidad, durante el siglo XIX, la corriente continua (CC) era el sistema dominante. Sin embargo, con la llegada de la corriente alterna, iniciada por el científico Nikola Tesla, el mundo experimentó un cambio revolucionario en la forma de generar, transmitir y utilizar la electricidad.
Descubrimiento de la fuerza electromotriz
El descubrimiento de la fuerza electromotriz (FEM) lo realizó el científico británico Michael Faraday en 1831. Faraday observó que un conductor que gira dentro de un campo magnético genera un flujo constante de electricidad. Este fenómeno permite la conversión de energía mecánica en energía eléctrica.
El descubrimiento de Faraday, conocido como inducción electromagnética, demostró la interacción entre los campos eléctricos y magnéticos, lo que condujo a la comprensión de la fuerza electromagnética. Décadas más tarde, James Clerk Maxwell expresó matemáticamente estos principios a través de sus famosas ecuaciones.
Nikola Tesla y el sistema de distribución de corriente alterna
Nikola Tesla fue el primero en proponer un sistema de distribución de electricidad mediante corriente alterna. En aquella época, Tesla trabajaba para la empresa de Thomas Alva Edison.
En 1887, Tesla construyó con éxito el primer prototipo de un motor de inducción. Este motor funcionaba con un tipo de corriente eléctrica en la que los electrones cambiaban de dirección periódicamente debido a la polaridad alterna. Tesla se dio cuenta de que los generadores de corriente alterna producían un flujo eléctrico que cambiaba de polaridad varias veces en un período de tiempo específico.
Los desafíos de la transmisión de corriente continua (CC)
El principal desafío de la transmisión de energía de corriente continua era encontrar una forma eficiente de transportar electricidad a largas distancias. La corriente continua, generada por dinamos, fluye en una sola dirección, con polos positivos y negativos constantes.
Sin embargo, la distribución de corriente continua tenía importantes inconvenientes: en largas distancias, provocaba el sobrecalentamiento de los cables y la disipación de energía. Para solucionarlo, era necesario aumentar el amperaje, pero esto aumentaba los costes y desperdiciaba energía.
Por el contrario, los sistemas de corriente alterna podrían elevar los niveles de voltaje, permitiendo que la electricidad se transmita a largas distancias con una pérdida mínima de energía.
La eficiencia de la corriente alterna (CA)
La corriente alterna reduce significativamente las pérdidas de energía a largas distancias al permitir la transmisión de alto voltaje. Sin embargo, el alto voltaje es peligroso para los seres vivos, por lo que es necesario reducirlo antes de distribuirlo a hogares y fábricas. Esto se logra mediante transformadores.
Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs desarrollaron el primer transformador para este fin. Los transformadores permiten aumentar el voltaje a niveles muy altos (alto voltaje) mientras reducen el amperaje a niveles seguros.
En 1885, el físico William Stanley también trabajó en la mejora de la transmisión de corriente alterna. Aplicó el principio de inducción electromagnética para transferir corriente alterna entre circuitos eléctricamente aislados. Si bien sus esfuerzos no tuvieron éxito de inmediato, el sistema de Nikola Tesla terminó convirtiéndose en el estándar para la distribución de electricidad.
¿Por qué la distribución eléctrica se realiza mediante corriente alterna?
Las principales ventajas de la distribución CA son básicamente dos:
- Menores pérdidas de energía en largas distancias.
- Mayor confiabilidad y eficiencia de los motores de CA.
Tesla propuso a su empleador, Edison, fundador de General Electric, un sistema de distribución de corriente alterna para resolver los problemas de transmisión a larga distancia. Sin embargo, Edison se negó, ya que su sistema basado en corriente continua era el dominante comercialmente en ese momento.
A pesar de la resistencia inicial, las ventajas del sistema de corriente alterna de Tesla finalmente prevalecieron. Esta competencia entre Tesla y Edison se conoció como la "Guerra de las Corrientes", que buscaba determinar cuál era el mejor sistema para la distribución de electricidad en los Estados Unidos.
Westinghouse Electric Corporation adquirió las patentes de corriente alterna de Tesla y consiguió contratos para proyectos importantes, incluida la central hidroeléctrica de las cataratas del Niágara. En el siglo XX, los sistemas de distribución de corriente continua se fueron eliminando rápidamente. El último sistema de iluminación de corriente continua de la ciudad de Nueva York se cerró en 2007.
La propagación de la corriente alterna
La adopción generalizada de la corriente alterna (CA) se vio facilitada en gran medida por el desarrollo de transformadores, que permitieron la transmisión eficiente de energía eléctrica a largas distancias con una pérdida mínima de energía. Los transformadores ajustan los niveles de voltaje, lo que permite la transmisión de alto voltaje que reduce la disipación de energía y mejora la eficiencia general.
Esta capacidad hizo que la CA fuera más rentable para la transmisión a larga distancia en comparación con los sistemas de corriente continua (CC).
La capacidad de transmitir energía de manera eficiente a largas distancias cambió las reglas del juego para la creciente demanda de energía eléctrica.
En consecuencia, la corriente alterna se convirtió en el sistema dominante de distribución de electricidad en todo el mundo, condición que mantiene hasta el día de hoy.