Edison (CC) vs. Westinghouse (CA)

A finales del siglo XIX se inicia la etapa de una masiva aplicación de la energía eléctrica, tanto a nivel familiar como industrial. Esta forma de energía proviene del interior de la materia. En su estado normal, los conductores eléctricos muestran un equilibrio entre cargas eléctricas positivas y negativas. Si, mediante otra forma de energía (mecánica, principalmente) se establece un desequilibrio de cargas eléctricas en tal cuerpo neutro, es decir, cargas negativas en un extremo y positivas en el otro extremo, aparece una tensión eléctrica que tiende a restablecer la neutralidad antes existente. Si permitimos que el equilibrio de cargas se restablezca haciéndolas circular (corriente eléctrica) por donde nosotros queramos (lámpara, calefactor, etc.) habremos podido utilizar dicha energía.

Es la época en que surge la lámpara de filamento; invención asociada al nombre de Thomas A. Edison, que requiere, previamente a su utilización, la fabricación de generadores, conductores, aisladores, interruptores y toda una industria antes inexistente. Los generadores de Edison transforman la energía mecánica provista por máquinas térmicas, presentando en sus terminales una tensión continua, es decir, siempre un terminal es positivo y siempre el otro es negativo. Esta tensión continua, cuando se la utiliza para alimentar lámparas de filamento, impulsa una corriente continua, o directa, ya que las cargas eléctricas se mueven sólo en una dirección para restablecer el equilibrio eléctrico (que no se restablece mientras actúa el generador).

Al haberse ya inventado el motor eléctrico de corriente continua (CC), surge la utilización de la energía eléctrica en la industria y el transporte. Justamente, los tranvías eléctricos requieren de un motor que desarrolle su máxima potencia a una mínima velocidad; que es la exigencia del momento de arranque. Este requerimiento es facilitado con eficacia por el motor de corriente continua en serie (o aquel en que el bobinado del estator se conecta en serie con el bobinado del rotor).

Ante la perspectiva de Edison, no hay problemas serios a la vista. Sin embargo, al surgir el proyecto de construcción de la primera gran central hidroeléctrica, a realizarse en las cataratas del Niágara, aparecen varios problemas antes inexistentes. Por empezar, al estar la central alejada de los centros de consumo, se ha de requerir una línea de transmisión de varios kilómetros de longitud.

Como la potencia eléctrica depende tanto de la tensión como de la corriente eléctrica (Potencia = Tensión x Intensidad de corriente), si se la transmite en baja tensión, se requerirá que la corriente sea elevada, por lo que se necesitarán gruesos conductores y grandes torres para sostenerlos. Por el contrario, si se pudiesen generar tensiones altas, o elevar de alguna forma la tensión entregada por los generadores, se requerirán conductores pequeños, torres no muy grandes y aislantes considerables, lo que resulta menos costoso y más eficaz.

Para elevar la tensión de los generadores hacían falta transformadores, pero éstos sólo funcionan con corriente alterna. De ahí que se comenzó a pensar en utilizar en el Niágara generadores de tensión alterna, es decir, que cambian su polaridad periódicamente: + -, - +, +-, y así sucesivamente, siendo la tensión de los generadores rotativos de forma senoidal, o sinusoidal.

Edison se oponía a la idea de generalizar el uso de tensiones alternas, especialmente porque todavía no se disponía en el mercado de motores de corriente alterna, y también porque ya se había establecido una electrificación en base a la corriente continua. Entre tanto, Westinghouse la promovía, apoyado por uno de sus empleados, Nikola Tesla.

La idea del motor de inducción de corriente alterna provino de Galileo Ferraris, quien dispuso de dos bobinados en ángulo recto, en el estator o carcasa del motor, a los que se le aplican tensiones alternas desfasadas (o no coincidentes en el tiempo) de manera que produjeran un campo magnético resultante giratorio en el interior del motor. Este campo magnético giratorio habría de inducir una tensión eléctrica en un rotor aislado mecánica y eléctricamente respecto de los bobinados del estator, luego aparecería una corriente y un campo magnético inducido en el rotor, y éste sería arrastrado por el campo giratorio. De esa forma se obtenía un motor con la ventaja, sobre los motores de corriente continua (CC), de no requerir colector y escobillas, que requerían frecuente reparación y mantenimiento.

También se observó un inconveniente asociado a la transmisión de elevadas potencias eléctricas con un sistema monofásico de CA, o de una sola onda de tensión, ya que la potencia transmitida tendría variaciones periódicas en las cuales aparecían picos de potencia seguidos de instantes de transmisión casi nula, lo que indicaba que se estaba desaprovechando una gran parte de la capacidad de la línea de transmisión. De ahí que surgió la idea de transmitir potencia por medio de sistemas bifásicos, esto es, constituido por dos ondas de tensión separadas en el tiempo lográndose transmitir potencia con variaciones mucho menores que las del sistema monofásico. Posteriormente se generalizó el uso de sistemas trifásicos.

Nikola Tesla fabricó el primer motor trifásico, aunque requería ser alimentado con seis conductores. Estos motores, al recibir potencia eléctrica en forma casi permanente, resultaban más pequeños que los motores monofásicos para una misma potencia mecánica entregada.

El siguiente paso fue la realización de un motor trifásico de tres conductores. “Después de que el físico serbio-estadounidense Nikola Tesla hubiese descubierto en el año 1887 el motor de corriente trifásica, el joven ingeniero ruso, y más tarde ingeniero jefe de la AEG, Mijail Dolivo-Dobrovolsky construye el primer motor de corriente trifásica que puede emplearse para el accionamiento de máquinas motrices y capaz de desarrollar una potencia de hasta 0,1 CV”.

“Mientras que hasta ahora se hablaba de corriente alterna de tres fases, Dolivo-Dobrovolsky emplea específicamente el concepto de corriente trifásica. Tesla empleaba inicialmente para transmitir las tres fases un total de seis conductores. En el año 1888 demuestra que es suficiente emplear sólo 4 conductores pues une entre sí los 3 de retorno. Además, inventa la conexión estrella-estrella para un sistema en el que el generador y el motor están unidos entre sí sólo mediante tres conductores” (De la “Crónica de la Técnica”-Plaza & Janés Editores SA-Barcelona 1990).

Mientras tanto, Edison inicia una campaña de desprestigio contra la empresa rival, Westinghouse, promotora de las tensiones alternas. Incluso asocia los diversos accidentes eléctricos que ocurren en Nueva York, principalmente por la falta de medidas de seguridad, sino que considera a la propia corriente alterna como la causante de los accidentes. Llega así a colaborar en el diseño de las primeras sillas eléctricas para ser utilizadas con corriente alterna, utilizando el término “westinghousear” en lugar de “electrocutar”.

Finalmente se inaugura la central hidroeléctrica en 1896, utilizando sistemas de corriente alterna, no sin antes disponer de equipos conversores de CA en CC para poder alimentar las instalaciones y motores ya existentes que utilizaban corriente continua. Mark Essing escribió: “Aunque los escaparates mostraban el futuro eléctrico, la verdadera revolución de la feria estaba en el sistema que suministraba la energía. En 1893, el equipo eléctrico funcionaba según distintos tipos de corriente, siendo la división básica la existente entre las corrientes alterna y directa. Los generadores de corriente alterna producían corriente de distintos tipos –conocidos como monofásica, bifásica y trifásica- que no eran intercambiables”.

“Los arcos luminosos requerían voltajes elevados (entre 1.000 y 2.000 voltios) y las lámparas incandescentes, bajos (entre 50 y 100 voltios). Las necesidades de energía eran más variadas. Los nuevos motores de corriente alterna eran adecuados para aparatos que funcionaban a velocidad constante, tales como taladros de dentista y ventiladores, pero tranvías y ascensores –los dos principales usos de la electricidad en la década de 1890- requerían motores de corriente directa, mejor equipados para funcionar a velocidad variable con carga pesada”.

“Muchas personas, compañías y alcaldías habían invertido en diferentes clases de equipo eléctrico. El distrito de la calle Pearl de Nueva York no podía cambiar su sistema de iluminación de corriente directa y empezar de pronto con la alterna, como tampoco una naciente compañía Westinghouse dedicada en buena parte a la corriente alterna monofásica podía convertirla en bifásica o trifásica. Y cualquier ciudad con ferrocarril eléctrico necesitaba corriente directa para hacerlo trabajar. Era como tener doce vías, cada una con un diferente ancho. La corriente, solución adecuada al problema de la incompatibilidad, generaría para cada aplicación diferentes tipos de electricidad”.

“Asistido por Nikola Tesla, George Westinghouse desarrolló un sistema universal de suministro eléctrico. El centro de Sistema Multifase Tesla empleado en Chicago era un generador de corriente alterna bifásica (pronto la trifásica sería la norma industrial). La flexibilidad que poseía la proporcionaban dos nuevos accesorios acoplados: los convertidores de fase que cambiaban la corriente bifásica o trifásica en monofásica. Más importante aún era un accesorio llamado «convertidor giratorio» que podía convertir la corriente alterna en directa. El sistema universal podía proveer, desde un mismo generador, electricidad para cualquier tipo de necesidad: motores de corriente directa, motores de corriente alterna monofásicos o multifase, procesos electroquímicos que requerían corriente directa y lámparas incandescentes o arcos luminosos que necesitaban corriente directa o corriente alterna monofásica o multifásica”.

“La oferta de George Westinghouse para el contrato de la feria de Chicago era tan baja que perdió dinero, pero su verdadero propósito era apostarle al proyecto del Niágara. No era casualidad que el sistema universal de Westinghouse se adaptara a la perfección para cubrir las necesidades de la estación eléctrica del lugar. En el verano de 1893, no mucho después de la clausura de la feria, Westinghouse obtuvo el contrato del Niágara. En 1896, Buffalo recibió su primera remesa de energía eléctrica del Niágara” (De “Edison y la silla eléctrica”-Editorial Océano de México SA-México 2007).

Se cerraba de esa forma una etapa de rápidos progresos tecnológicos en la que empresarios e ingenieros, en competencia y en cooperación, logran resolver los sucesivos problemas que se presentan ante el surgimiento de la, entonces, nueva industria de la electricidad.