Corriente alterna

Figura 1: Forma sinusoidal.

Corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) se denomina a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente.[1]

Fue desarrollada e impulsada por el inventor, ingeniero mecánico, eléctrico y físico Nikola Tesla. Todas las patentes referentes a esta corriente fueron cedidas a la empresa Westinghouse Electric para conseguir capital y poder continuar los proyectos con la corriente alterna.[3]

La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la oscilación senoidal[1]​con la que se consigue una transmisión más eficiente de la energía, a tal punto que al hablar de corriente alterna se sobrentiende que se refiere a la corriente alterna senoidal.

Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la rectangular.

Utilizada genéricamente, la corriente alterna se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la corriente alterna.

Historia

El primer alternador para producir corriente alterna fue un generador dinamoeléctrico basado en los principios de Michael Faraday , construido por el fabricante francés de instrumentos Hippolyte Pixii en 1832.[5]​ La tecnología de corriente alterna se había desarrollado por primera vez en Europa debido al trabajo de Guillaume Duchenne (1850's), la compañía húngara Ganz Works (1870's) y en la década de los 1880: Sebastian Ziani de Ferranti, Lucien Gaulard y Galileo Ferraris .

En 1876, el ingeniero ruso Pável Yáblochkov inventó un sistema de iluminación donde se instalaron conjuntos de bobinas de inducción a lo largo de una línea de AC de alta tensión. En lugar de cambiar la tensión, los devanados primarios transfirieron energía a los devanados secundarios que se conectaron a una o varias 'velas eléctricas' (lámparas de arco) de su propio diseño, [8]

Transformadores

Los sistemas de corriente alterna pueden usar transformadores para cambiar la corriente de baja a alta tensión y viceversa, lo que permite la generación y transmisión a grandes distancias en alta tensión, ahorrando en costos de conductores y pérdidas de energía, y el consumo en baja tensión.

Un transformador de potencia bipolar de núcleo abierto desarrollado por Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs se demostró en Londres en 1881, y atrajo el interés de Westinghouse. También exhibieron la invención en Turín en 1884. Sin embargo, estas primeras bobinas de inducción con circuitos magnéticos abiertos son ineficientes en la transferencia de potencia a las cargas . Hasta aproximadamente 1880, el paradigma de la transmisión de AC desde una fuente de alta tensión a una carga de baja tensión era un circuito en serie.

Los transformadores de núcleo abierto con una relación cercana a 1:1 se conectaron con sus primarios en serie para permitir el uso de un alto voltaje para la transmisión y presentar un bajo voltaje a las lámparas.

La falla inherente en este método fue que apagar una sola lámpara (u otro dispositivo eléctrico) afectó el voltaje suministrado a todos los demás en el mismo circuito. Se introdujeron muchos diseños de transformadores ajustables para compensar esta característica problemática del circuito en serie, incluidos los que emplean métodos para ajustar el núcleo o evitar el flujo magnético alrededor de una bobina.[9]​ Los sistemas de corriente directa no tuvieron estos inconvenientes, lo que le otorga ventajas significativas sobre los primeros sistemas de AC.

Nikola Tesla

En 1882 el físico, matemático, inventor e ingeniero Nikola Tesla, diseñó y construyó el primer motor de inducción de corriente alterna, un aparato capaz de convertir una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación , eso permite alimentar un motor con corriente alterna, antes de transformarse en corriente directa.[10]

En la distribución de la corriente alterna, Tesla nota que dicha energía viaja en pausas en los picos de las Sinusoides , entonces crea una segunda señal fuera de sincronía con la primera para llenar esas pausas, permitiendo la amplificación de la AC, sin la necesidad de construir una nueva electrificadora como ameritaba la corriente directa.

Sin embargo, el mayor temor del uso de la AC era el peligro que representaba en los hogares tal cantidad de energía. Para resolver el problema Tesla investiga un dispositivo desarrollado por los ingenieros europeos llamado transformador, con ese componente se puede aumentar la tensión para transmisión y luego disminuirla para el usuario final.[11]​ Con las mejoras en el transformador, el invento del motor eléctrico, el poder amplificar/disminuir la tensión de la AC, entre otros, Nikola Tesla gana la Guerra de las corrientes que competía con Thomas Edison que favorecía la corriente continua .

Posteriormente el físico William Stanley, reutilizó, en 1885, el principio de inducción para transferir la corriente alterna entre dos circuitos eléctricamente aislados. La idea central fue la de enrollar un par de bobinas en una base de hierro común, denominada bobina de inducción.

El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla; la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), que es un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia, comercializado en su día con gran agresividad por Thomas Alva Edison.

La primera transmisión interurbana de la corriente alterna ocurrió en 1891, cerca de Telluride, Colorado, a la que siguió algunos meses más tarde otra de Lauffen a Fráncfort en Alemania. A pesar de las notorias ventajas de la corriente alterna frente a la corriente continua, Thomas Edison siguió abogando fuertemente por el uso de la corriente continua, tal hecho le costó su puesto en la empresa que el mismo fundó, Edison Electric, cambiando su nombre por la actual General Electric .