Una breve historia de la ciencia y la tecnología de la energía eléctrica

21 Oct 2016
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Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

La incorporación generalizada de la energía eléctrica a nuestra sociedad ha significado no solo un avance tecnológico de primera magnitud, sino una verdadera revolución social, con implicaciones de toda índole en la vida cotidiana: alumbrado, electrodomésticos (lavadoras, frigoríficos y televisión los más determinantes de ese cambio, sin olvidar otros como cocinas, microondas, secadores, equipos de música, etc.), la revolución de las comunicaciones (teléfono móvil, ordenadores, Internet,…). Así mismo, ha modificado drásticamente los procesos de producción y fabricación de bienes industriales y de consumo. Es imposible concebir la industria del transporte sin la electrificación y automatización de las fábricas de vehículos de todo tipo: automóviles, trenes, aviones,… de hecho, la generalización del uso de la energía eléctrica sólo es comparable en importancia al fenómeno de la motorización impulsada por el petróleo a comienzos del siglo XX.

El uso generalizado de la energía eléctrica surgió en los países más avanzados del mundo durante el final del siglo XIX y principios del XX a partir de una combinación y retroalimentación entre la ciencia que concibió las leyes que rigen el electromagnetismo, ciencia en la que se basa, y la tecnología que llevó a la práctica sus principios. En este artículo, repasaré los orígenes científicos y tecnológicos de la energía eléctrica.

1.Los pioneros científicos
Aunque los orígenes del conocimiento sobre la electricidad se remontan a varios siglos antes de Cristo, centraré el repaso al siglo XIX, cuando se sentaron las bases científicas del funcionamiento de las actuales centrales eléctricas. Recomiendo este artículo al lector interesado en un recorrido más amplio por esta cuestión.

Tras los avances decisivos en la comprensión de los fenómenos eléctricos y magnéticos llevados a cabo durante la segunda mitad del siglo XVIII y el primer tercio del XIX, debidos a Volta, Coulomb, Oersted, Ampere, Ohm y otros científicos, el verdadero y decisivo hallazgo para la obtención de energía eléctrica se produjo en 1831, cuando Michael Faraday (1791-1867) inventó un dispositivo que generaba electricidad a partir de un movimiento mecánico, aplicando un concepto conocido desde entonces como inducción electromagnética.

La siguiente figura muestra el experimento original de Faraday e ilustra la idea: una batería (derecha del esquema de la imagen) suministra corriente eléctrica, que fluye a través de una pequeña espira A, creando un campo magnético. La espira puede introducirse dentro de otra de diámetro mayor B. Cuando las espiras A y B no se mueven, no aparece ninguna corriente inducida en B y el aparato de medida G, situado a la izquierda del esquema, no detecta paso de corriente. Pero cuando la espira A se mueve dentro o fuera de la espira B, el flujo magnético a través de la espira mayor cambia, induciéndose una corriente que es detectada por el aparato de medida G. Como ya expliqué en este artículo, esa es la base del funcionamiento de una central eléctrica, donde se transforma la energía mecánica que mueve la espira en energía eléctrica.

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Michael Faraday (1791-1867). Derecha: dispositivo mediante el que mostró la ley que lleva su nombre

Todo el conocimiento científico sobre el electromagnetismo cristalizó en 1873, cuando James C. Maxwell (1831-1879) formuló cuatro ecuaciones con las que se explican todos los fenómenos electromagnéticos y que, en su honor, se conocen como ecuaciones de Maxwell. Por lo que respecta al objeto de este artículo, el papel de Maxwell no resultó determinante, pero no es posible escribir una reseña histórica sobre esta rama del conocimiento sin mencionarle.

2.Primeros desarrollos industriales
El primero que utilizó de manera práctica la idea de Faraday fue Thomas A. Edison (1847-1931), quien en 1878 desarrolló y comercializó un generador de energía eléctrica de corriente continua para alimentar un sistema de iluminación. El uso de la corriente continua obligaba a que la generación de ésta se tuviera que realizar en el mismo local donde se iba a consumir, ya que Edison desconocía como transformar los voltajes, asunto clave, ya que el voltaje utilizado para cualquier sistema eléctrico es esencial. Aumentando el voltaje, se reduce la corriente por lo que se reducen las pérdidas resistivas de los cables que transportan la corriente, conocido como efecto Joule, tal y como describí en el artículo mencionado.

Poco tiempo después, Edison jugó un papel determinante en el uso y la generalización de la energía eléctrica, gracias a su invención más célebre, la lámpara de filamento. El 21 de octubre de 1879 consiguió que una bombilla luciera durante 48 horas ininterrumpidas.  Inmediatamente después, en 1880, Edison hizo su primera instalación comercial para el barco Columbia. Esta instalación con 115 bombillas, fue operada sin problemas durante 15 años.

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Thomas A. Edison (1847-1931), mostrando en sus manos una de sus primeras bombillas de filamento

No obstante, el uso de la corriente continua se vio desplazado por el sistema de corriente alterna desarrollado por Nikola Tesla (1856-1943) y George Westinghouse (1846-1914). En efecto, de manera prácticamente simultánea, Nikola Tesla, científico de un talento e inventiva sin parangón, ideo un sistema de generación de energía eléctrica diferente al de Edison, utilizando corriente alterna en vez de continua. Tesla se dio cuenta que al duplicar el voltaje, la corriente se dividía por dos, consiguiendo reducir las pérdidas resistivas de los cables, lo que también he detallado en el artículo mencionado con anterioridad. La clave es que sólo con corriente alterna es posible transformar al alza o a la baja la tensión de una determinada línea de transmisión en cualquier punto del recorrido. Esto permitía utilizar voltajes elevados para una distribución eficiente y con pérdidas bajas y voltajes menores (menos peligrosos, por consiguiente), para el suministro a los hogares de energía eléctrica utilizable para obtener luz, calor, etc.

Tesla desarrolló toda la parte teórica de su sistema y patentó sus ideas a partir de 1887, mediante 30 patentes diferentes y demostró las potencialidades de su invención en la Exposición Universal de Chicago en 1893. La siguiente figura muestra una de esas patentes para un sistema completo de producción y distribución de energía eléctrica utilizando corriente alterna:

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Nikola Tesla (1856 – 1943). Derecha: esquema de su patente para una central de energía eléctrica: Fuente: patente US 390721 A. Octubre 1888

En 1880, George Westinghouse se fijó en el trabajo de Tesla. Westinghouse poseía la patente de un transformador de voltaje que podía trabajar con valores elevados de tensión y era sencillo de construir y por lo tanto de utilizar en un sistema de generación y transmisión como el ideado por Tesla. El sistema de Westinghouse podía emplearse para suministrar energía para encender luces y calefacciones, pero le faltaba el corazón del sistema: un generador de corriente alterna. Gracias a Tesla y a sus patentes, Westinghouse fundo Westinghouse Electric y construyó en 1895 la célebre central hidroeléctrica Adams en las cataratas del Niagara, con 3 generadores Tesla de 3,7 MW, que suministraban energía a la ciudad de Buffalo, situada a unos 35 kilómetros de distancia. Esa central fue la primera del mundo en su categoría.

Desde el comienzo del siglo XX, el uso de la energía eléctrica se fue generalizando en el alumbrado público; en años posteriores, con la irrupción de los electrodomésticos, las comunicaciones, etc., la vida cotidiana se modificó sustancialmente, por lo que junto con el petróleo, pueden considerarse los verdaderos combustibles del mundo contemporáneo.

3.Conclusiones
La historia de la transición desde las ideas científicas de Oersted, Ampere, Faraday, etc., hasta su aplicación práctica de la mano de Edison, Tesla, Westinghouse y otros demuestra, una vez más, que los hallazgos científicos no tienen repercusiones inmediatas en la sociedad. A lo largo de este artículo hemos visto que Faraday demostró los principios de la ley que lleva su nombre en 1831 y la primera central que lo utilizó de manera comercial lo hizo 1878; es decir, tuvieron que pasar cerca de 50 años para que esa tecnología alcanzara un estado comercial viable.

A propósito del escepticismo que tiende a generar la aplicación práctica de los principios científicos, se cuenta la siguiente anécdota: en la primavera de 1855, Faraday, que tenía un gran reconocimiento y prestigio social, se dedicaba a impartir conferencias explicando sus descubrimientos sobre la electricidad y el magnetismo. En una de aquellas charlas, se encontraba entre la audiencia William Gladstone, futuro Primer Ministro del gobierno de la reina Victoria I. Al finalizar la charla, Gladstone le dijo: “Todo esto es muy bonito, ¿pero alguna vez le encontraremos una aplicación práctica?”, a lo que Faraday respondió: “No se preocupe, algún día el gobierno cobrará impuestos por esta idea”.

Si nadie hubiera valorado el trabajo de Faraday y nadie se hubiera puesto a desarrollar sus ideas, como hicieron posteriormente Edison o Tesla, hoy en día seguiríamos iluminando nuestras noches con velas.


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