La mayoría de nuestros electrodomésticos usan CC (como el televisor, la computadora portátil, las luces, etc.), pero nosotros usamos CA y la convertimos a CC para electrodomésticos individuales. ¿Cómo ganó AC la guerra de las corrientes? ¿Es económico? ¿Qué lo hace superior para la distribución de electricidad?

La historia de cómo AC ganó la guerra de las corrientes es larga y fascinante. Se reduce a una batalla entre Thomas Edison, que discutía a favor de DC, y George Westinghouse, quien, junto con Nikola Tesla, discutían a favor de AC.

En ese momento, tal vez no era tan claro por qué AC era mejor que DC. En retrospectiva, está claro que AC finalmente habría ganado al final dado que es mucho más fácil escalar.

DC (corriente continua) es el tipo de corriente que proporcionan las baterías. En tal situación, la corriente solo fluye en una dirección. La fuente del potencial que impulsa la corriente está diseñada de manera tal que, artificialmente, una gran cantidad de carga negativa se almacena esencialmente en un lugar, dejando una gran cantidad de carga positiva en otro, creando así una diferencia de potencial entre los dos lugares. Cuando el circuito está cerrado, este potencial impulsa la corriente a través del circuito, drenando la carga negativa de un lado y agregándola al otro (es un poco más complicado que esto, pero esa es la idea básica). Como tal, eventualmente, el potencial disminuye ya que disminuye el desequilibrio de las cargas y la corriente dejará de fluir (esto es lo que sucede cuando las baterías se agotan).

AC – corriente alterna – por otro lado, se crea moviendo los imanes de un lado a otro cerca de los cables conductores (hay varias formas de lograr esto). El movimiento del imán cerca de un cable crea una corriente. Los imanes tienen que moverse hacia adelante y hacia atrás porque una vez que la corriente comienza a fluir, crea su propio campo magnético que se opone. Entonces, para mantener la corriente que fluye, necesita ir y venir. La forma más fácil de lograr esto es con una turbina. Resulta que hay numerosas formas en que uno puede crear una turbina: el agua que fluye es una de las formas más fáciles y populares (imagine una rueda de agua de molinero anticuada). De hecho, fueron Westinghouse y Tesla quienes estuvieron a favor de usar las Cataratas del Niágara como fuente de alimentación. Por supuesto, en los años intermedios hemos ideado numerosas formas de hacer girar turbinas (energía eólica, energía nuclear, energía de carbón), todo esto opera según el mismo principio básico de una turbina. La diferencia está en cómo se mueve la turbina en primer lugar.

Ahora la energía solar merece una mención especial aquí. La energía solar es técnicamente energía de CC, pero funciona con un principio ligeramente diferente conocido como efecto fotoeléctrico. En esta situación, la luz que brilla sobre un material conductor produce una corriente al desalojar los electrones en la superficie del material. Como tal, no hay un “depósito” de carga que se agote. La corriente solo se detiene cuando la luz ya no brilla sobre el material. Obviamente, podríamos, en teoría, usar cualquier luz para impulsar esto, pero la eficiencia es tan baja (debido a los efectos cuánticos) que tendríamos que poner más potencia de la que podríamos sacar. La única luz completamente libre e inagotable que tenemos es la luz solar y, por lo tanto, nació la idea de la energía solar. La mayoría de los sistemas de energía solar tienen una batería de respaldo que almacena la energía creada durante el día para su uso nocturno. Si bien muchos de estos sistemas están conectados a la red, incluso estos a menudo tendrán una batería de respaldo en caso de que haya problemas con la red. La batería de respaldo es una protección contra sobretensiones e irregularidades en cualquier transmisión externa.

La pelea en la “guerra” fue sobre si la energía eléctrica debería transmitirse desde la planta de energía a los hogares que utilizan CA o CC.

Para entender el argumento, necesitamos un poco de antecedentes:

  • la potencia transmitida desde el punto A a B es igual al voltaje x corriente [matemática] Pt = VI [/ matemática]. Para maximizar la potencia transmitida, aumente el voltaje o aumente la corriente.
  • la energía eléctrica perdida debido a la resistencia del cable es igual a la resistencia x corriente al cuadrado. [matemáticas] Pl = RI ^ 2 [/ matemáticas]. Cuando aumenta la corriente, la potencia perdida aumenta dramáticamente.

La potencia de transmisión con una transmisión de alto voltaje es, por lo tanto, mucho más eficiente que con una corriente alta ([matemática] Pt [/ matemática] es alta y [matemática] Pl [/ matemática] se mantiene baja) . Sin embargo, debido a que el alto voltaje es peligroso para los usuarios finales, tuvo que reducirse en el punto final para usarlo de manera segura.

Reducir el voltaje de CC es costoso, por lo que el campamento de CC presionó por una transmisión de energía de alta corriente / bajo voltaje, con plantas de energía ubicadas cerca de los hogares para minimizar las pérdidas de transmisión de alta corriente. Obviamente, esto también habría sido muy costoso y habría tenido un gran impacto en nuestro paisaje urbano … El campamento de DC trató de desacreditar al campamento de AC alegando que el alto voltaje es letal y no debe permitirse cerca de los hogares.

Una vez que el campamento de AC demostró que podían reducir el voltaje de transmisión de manera económica gracias al uso de transformadores, un dispositivo que solo se puede usar con AC, demostraron que la electricidad se podía generar lejos de sus puntos de consumo y transmitirse con pérdidas mínimas a través de alto voltaje que podría reducirse a un nivel mucho más seguro para el consumo.

Habían ganado la guerra.

Este dispositivo le dio a AC una ventaja frente a DC.


Algunos fundamentos

La potencia transmitida a través de un conductor viene dada por [math] P = VI [/ math]; donde V es el nivel de voltaje de transmisión, I es la corriente a través del conductor.

La potencia perdida durante la transmisión viene dada por [matemáticas] P_ {L} = I ^ {2} R
[/matemáticas] ; donde R es la resistencia (una propiedad del material que se opone al flujo de corriente a través de él) del conductor.

El tamaño del conductor también depende directamente de la corriente. Cualquier conductor tiene una capacidad de carga de corriente máxima, más allá de la cual se debe aumentar el diámetro del conductor.

La potencia transmitida se puede aumentar ya sea por:

  1. Aumento de la corriente: esto aumentará las pérdidas de transmisión. Se dejará menos cantidad de energía para el consumo en el extremo receptor. También se debe aumentar el tamaño del conductor, lo que mejorará el costo total.
  2. Aumento de la tensión: esto reducirá la corriente. La pérdida de potencia durante la transmisión será menor. Conductor de menor diámetro se puede utilizar para la transmisión.

Por lo tanto, si la potencia total transmitida es la misma, y ​​dadas las limitaciones de los tamaños prácticos de conductores, las transmisiones de alta tensión y baja corriente sufrirán una pérdida de potencia mucho mayor que las de baja tensión y alta tensión. Esto es válido tanto si se usa DC como AC.


Cambio de los niveles de voltaje: Cambio del nivel de voltaje de CC utilizando un convertidor giratorio giratorio grande o un grupo motor-generador, lo cual fue difícil, costoso, ineficiente y requirió mantenimiento, mientras que con CA el voltaje se puede cambiar con transformadores simples y eficientes que tienen no tiene partes móviles y requiere muy poco mantenimiento. El transformador no admite la conversión de CC de un voltaje a otro.

Escenario de distribución: la corriente continua no se puede convertir fácilmente a voltajes más altos o más bajos. Esto significaba que había que instalar líneas eléctricas separadas para suministrar energía a los aparatos que usaban diferentes voltajes, por ejemplo, iluminación y motores eléctricos. Esto requirió más cables para tender y mantener, desperdiciando dinero e introduciendo riesgos innecesarios. En caso de corriente alterna, las grandes cargas, como los motores industriales, pueden ser abastecidas por la misma red de distribución que alimenta la iluminación, mediante el uso de un transformador con un voltaje secundario adecuado.

Transmisión de energía: la corriente alterna se puede transmitir a largas distancias a altos voltajes, utilizando una corriente más baja y, por lo tanto, una menor pérdida de energía y una mayor eficiencia de transmisión, y luego se reduce convenientemente a bajos voltajes para su uso en hogares y fábricas.

Ubicación de las estaciones generadoras: Para el sistema de CC, la caída de voltaje debido a la resistencia de los conductores del sistema fue tan alta que las plantas generadoras tuvieron que ubicarse dentro de una milla (1-2 km) de la carga, mientras que para la CA red de distribución, menos plantas generadoras más grandes podrían servir la carga en un área determinada.

Menor costo de electricidad. Para que se transmita la misma cantidad de energía, tanto las pérdidas durante la transmisión como el diámetro del conductor serán menores para CA, ya que se podría usar un voltaje de transmisión más alto. Para una gran estación generadora, el costo de generación por unidad de electricidad suele ser menor. Estos factores se suman para reducir el costo de la electricidad de CA cargada a los consumidores.

Durabilidad de los motores de CA: los motores de CA tienen una construcción resistente y requieren menos mantenimiento en comparación con los motores de CC.

Todos estos factores combinados ayudaron en el establecimiento del dominio de AC.