Al inicio de la electrificación, en la segunda mitad del siglo XIX, la corriente eléctrica utilizada en las redes urbanas era principalmente corriente continua. Las primeras instalaciones de generadores alimentaban directamente las lámparas y los motores situados cerca. Las tensiones eran bajas, las distancias cortas y las pérdidas aceptables.
Con el rápido aumento de la demanda de luz, fuerza motriz y, más tarde, electrodomésticos, se hizo necesario transportar la energía a decenas, luego a cientos de kilómetros. La corriente continua se enfrentaba entonces a un límite físico simple: para transportar mucha potencia sin pérdidas excesivas, hay que aumentar la tensión y reducir la intensidad.
La corriente eléctrica existe en dos formas complementarias: la corriente alterna y la corriente continua. La primera varía periódicamente, mientras que la segunda mantiene una polaridad constante. Sin embargo, en los sistemas modernos, estas dos formas no están opuestas: la corriente continua se obtiene muy a menudo rectificando una corriente alterna.
La corriente alterna es generada directamente por un alternador, cuya rotación crea una tensión sinusoidal. Esta forma de energía es ideal para el transporte a alta tensión, ya que se transforma fácilmente gracias al transformador.
La corriente continua, históricamente producida por dinamos, proviene hoy en día mayoritariamente del rectificado de una corriente alterna. La electrónica de potencia permite convertir una tensión alterna en una tensión continua estable, utilizada en baterías, electrónica, sistemas de almacenamiento y enlaces HVDC. Así, la corriente continua moderna no es una forma independiente, sino una transformación de la corriente alterna.
La potencia eléctrica transportada se expresa como \(P = U \times I\), donde \(P\) es la potencia, \(U\) la tensión e \(I\) la intensidad. Para una potencia dada, si se duplica la tensión, se puede dividir por dos la intensidad. Sin embargo, las pérdidas por efecto Joule en las líneas son proporcionales a \(I^{2} \times R\), donde \(R\) es la resistencia de los cables. Reducir la intensidad es, por tanto, el medio más eficaz para limitar las pérdidas a largas distancias.
En la práctica, esto lleva a utilizar tensiones muy elevadas para el transporte y luego a reducir estas tensiones lo más cerca posible de los lugares de consumo. Esto es precisamente lo que permite la corriente alterna, gracias a un dispositivo clave de la ingeniería eléctrica: el transformador.
Consideremos una potencia eléctrica de \(P = 1\ \text{GW}\), del orden de magnitud de la potencia suministrada por un reactor nuclear. Supongamos que esta potencia debe transportarse a \(100\ \text{km}\) por una línea cuya resistencia equivalente (ida y vuelta) es \(R = 3\ \Omega\), lo que corresponde a unos \(0{,}03\ \Omega/\text{km}\). Comparemos un transporte a \(50\ \text{kV}\) y a \(400\ \text{kV}\), que forma parte de las normas actuales.
1) Transporte a 50 kV
La intensidad necesaria es:
\(I = \frac{P}{U} = \frac{1\ \text{GW}}{50\ \text{kV}} = 20.000\ \text{A}\).
Las pérdidas por efecto Joule son entonces:
\(P_{\text{pérdidas}} = I^{2} \times R = (20.000)^{2} \times 3 = 1{,}2 \times 10^{9}\ \text{W}\).
Las pérdidas alcanzan unos 1,2 GW en forma de calor, lo que significa que habría que suministrar mucho más de 1 GW a la entrada de la línea para entregar 1 GW al otro extremo. A una tensión tan baja, el transporte se vuelve totalmente ineficaz.
2) Transporte a 400 kV
La intensidad se convierte en:
\(I = \frac{1\ \text{GW}}{400\ \text{kV}} = 2.500\ \text{A}\).
Las pérdidas asociadas son:
\(P_{\text{pérdidas}} = (2.500)^{2} \times 3 = 18{,}75 \times 10^{6}\ \text{W}\).
Solo se pierden unos 18,75 MW, es decir, menos del 2% de la potencia transportada.
Al pasar de \(50\ \text{kV}\) a \(400\ \text{kV}\), la tensión se multiplica por 8, la intensidad se divide por 8 y las pérdidas se dividen por \(8^{2} = 64\). Con una resistencia de línea realista, se ve que la muy alta tensión es indispensable para transportar la potencia de un reactor nuclear con pérdidas aceptables.
Un transformador solo funciona con corriente alterna. Se basa en la variación temporal del flujo magnético en un circuito de hierro, que induce una tensión en un devanado secundario cuando se alimenta un devanado primario. Ajustando el número de espiras de cada devanado, se eleva o se baja la tensión de manera muy eficiente.
Esta propiedad permitió la estructura en niveles de las redes modernas: producción a media tensión, elevación a muy alta tensión para el transporte y luego reducción progresiva hasta las tensiones domésticas. Sin transformador, cada nivel de tensión habría requerido máquinas específicas y conversiones complejas. La corriente alterna se impuso así como la solución más simple y robusta para una red extensa.
La famosa "guerra de las corrientes" enfrentó a Thomas Edison (1847-1931), partidario de la corriente continua, con Nikola Tesla (1856-1943) y George Westinghouse (1846-1914), defensores de la corriente alterna. Edison ya había invertido en redes de distribución en continua y temía que su modelo de negocio se viera cuestionado. Tesla, por su parte, había diseñado sistemas polifásicos especialmente adaptados a la corriente alterna.
Las demostraciones espectaculares de transporte a larga distancia, como el suministro de electricidad a la ciudad de Búfalo desde las cataratas del Niágara a finales del siglo XIX, mostraron la superioridad práctica de la corriente alterna para grandes potencias. Las centrales podían instalarse donde estuviera disponible la energía primaria, y luego la electricidad se transportaba a los centros urbanos con pérdidas limitadas.
La corriente alterna presenta varias ventajas mayores para una red a gran escala. En primer lugar, la posibilidad de transformar fácilmente la tensión permite optimizar cada tramo de la red según la distancia y la potencia a transportar. En segundo lugar, las máquinas rotativas, como los motores asíncronos, son simples, robustas y poco costosas cuando se alimentan con corriente alterna.
Además, la sincronización de varios generadores en una misma red se facilita por la naturaleza periódica de la corriente alterna. Las grandes interconexiones continentales se basan en esta propiedad de sincronismo. Por último, la medición y la protección de las líneas han sido históricamente más simples con magnitudes alternas, lo que ha contribuido a la fiabilidad global de las redes.
La corriente continua no ha desaparecido, sin embargo. Con el auge de la electrónica de potencia, se ha vuelto posible convertir eficientemente la corriente alterna en corriente continua y viceversa. Los enlaces de muy alta tensión en corriente continua, llamados HVDC, se utilizan hoy en día para conectar redes distantes o para transportar grandes potencias submarinas.
En estas aplicaciones, la corriente continua ofrece ventajas como la reducción de ciertas pérdidas y la ausencia de problemas de sincronización entre redes. Sin embargo, estos sistemas siguen dependiendo de un entorno mayoritariamente de corriente alterna, en el que la producción, la distribución y la mayoría de los usos siguen siendo alternos. La elección histórica de la corriente alterna sigue, por tanto, estructurando la arquitectura global de nuestras redes.
El éxito de la corriente alterna no es solo una cuestión de física. También resulta de un compromiso entre las tecnologías disponibles a finales del siglo XIX, los costos de infraestructura y las elecciones industriales de los pioneros de la electricidad. Una vez construidas las primeras grandes redes alternas, los efectos de estandarización reforzaron esta elección inicial.
Hoy en día, la frecuencia de 50 Hz en Europa y de 60 Hz en América del Norte es un legado de estas decisiones históricas. Cambiar de paradigma implicaría modificar miles de millones de dispositivos y millones de kilómetros de líneas. La corriente alterna sigue siendo, por tanto, la columna vertebral de nuestra civilización eléctrica, mientras que la corriente continua ocupa nichos especializados donde se aprovechan sus cualidades particulares.
| Característica | Corriente alterna | Corriente continua | Comentario |
|---|---|---|---|
| Transformación de la tensión | Fácil con un transformador | Durante mucho tiempo difícil, requiere electrónica de potencia | Punto clave para el transporte a larga distancia |
| Pérdidas en línea | Reducidas gracias a la alta tensión | Reducidas en HVDC en distancias muy largas | Ambas soluciones son hoy complementarias |
| Máquinas rotativas | Motores asíncronos simples y robustos | Motores más complejos o específicos | Ventaja histórica para la industria |
| Interconexión de redes | Sincronización necesaria | Permite conectar redes no síncronas | HVDC utilizado como "puente" entre sistemas |
| Usos típicos | Distribución pública, industria, vivienda | Enlaces largos, electrónica, almacenamiento | Arquitectura híbrida CA + CC |
Fuente: Agencia Internacional de la Energía – Información sobre Electricidad y CIGRE – Estudios sobre enlaces HVDC.
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