Tesla y la guerra de las corrientes – Primera parte

Nikola Tesla nació el 10 de julio de 1856 en Smiljan, un caserío ubicado a 20 km de la costa dálmata en la actual Croacia, que por ese entonces era zona fronteriza militar del Imperio Austrohúngaro. Siendo el cuarto de cinco hijos, sus padres Milutin, un sacerdote ortodoxo y Đuka Mandić una científica autodidacta, eran serbios.

A los seis años su familia, quienes lo llamaban afectuosamente Niždo, se muda a Gospić donde asiste a la escuela y se instruye en matemáticas, alemán y religión.

 

 

 

 

 

 

 

Al terminar la escuela secundaria en Karlovac asistió al politécnico en la ciudad austriaca de Graz para estudiar ingeniería eléctrica. Trabajando regularmente desde las 3 de la mañana hasta las 11 de la noche los profesores pronto llegaron a reconocer el genio de Tesla. Con los años, solo entró en conflicto una vez, y esto fue durante una clase de física de segundo año, cuando el profesor, un alemán de nombre Pöschl, explicaba el funcionamiento del dinamo de Gramme.:

—“La corriente eléctrica, en su estado natural como ondas, alterna su dirección cambiando su flujo rápidamente. El conmutador, con su serie de cepillos, transfiere la corriente en una sola dirección, convirtiéndola en corriente continua”.

Encantado, Tesla se dio cuenta de que cuando Pöschl manejaba la dinamo a la inversa, es decir como un motor, los cepillos del conmutador chispeaban mucho.

—Tal vez, —interrumpió Tesla—, la corriente alterna podría aplicarse directamente, prescindiendo de la necesidad de un conmutador.

Sorprendido por el comentario, Pöschl replicó:

—El señor Tesla puede lograr grandes cosas, pero ciertamente nunca hará esto—dijo tajante y prosiguió—Sería el equivalente a convertir una fuerza de tracción constante, como la gravedad, en un esfuerzo rotativo. Es un esquema de movimiento perpetuo, una idea imposible.

 

Poco convencido, Tesla comenzó una campaña obstinada para visualizar el funcionamiento de un motor de CA. Abarrotado de trabajo y frustrado por el esfuerzo, al cabo de dos años pierde el dinero de su beca en apuestas, abandona sus estudios y se dirige a Eslovenia para evitar enfrentarse a sus padres. Sin embargo, sufriría una crisis nerviosa que lo obligaría a retornar con su familia a Gospic.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Después de que su padre falleciera en 1879, y persuadido por sus tíos, se dirige a la Universidad Carolina en Praga donde, a pesar de haber llegado tarde para las inscripciones, pudo tomar clases de filosofía y pasar gran parte de su tiempo en la Biblioteca Clementina y en el Café Narodni Kavarna.

 

Funcionamiento del Dinamo de Gramme El dinamo de Gramme es un generador eléctrico de corriente continua (CC) es decir un dispositivo que, a partir de una rotación externa, produce flujo eléctrico en un solo sentido (polaridad). Fuentes de CC comunes pueden ser una batería, una pila o un panel solar. El principio de funcionamiento tiene sus bases en la Ley de Faraday-Lenz: si se hace girar una espira de material conductor en un campo magnético, se inducirá un voltaje entre los terminales de la misma en forma de onda, es decir se obtendrá corriente alterna (CA), de allí el uso de conmutadores.

En 1880 se traslada para trabajar en la Central Telefónica Budapest donde se le asignó el puesto de jefe de electricistas. Allí entra en contacto por primera vez con el trabajo de Edison estudiando muchos de sus inventos. Dominó el principio de inducción y realizó muchas mejoras en el equipo de la Estación Central. Incluso afirmó haber perfeccionado un amplificador telefónico para aumentar las señales de transmisión, pero nunca se molestó en patentarlo ni presentarlo públicamente. Continuó lidiando con su visión de un motor de CA, buscando lo que se había convertido en su piedra filosofal de eliminar el conmutador de la máquina por completo.

Una tarde, mientras caminaba por el parque Varosliget comenzó a recitar uno de los pasajes de Goethe que había memorizado. De repente, una idea “surgió como un relámpago y en un instante se reveló la verdad”. Emocionado dibujó un diagrama en la arena con un palo. Durante los siguientes dos meses, Tesla se entregó al éxtasis de imaginar y refinar nuevos motores en su cabeza. Fue, dijo, “un estado mental de felicidad casi tan completo como nunca he conocido en la vida”. 

Lo que Tesla visualizó fue el prototipo de un motor basado en un campo magnético rotativo alimentado con CA. Si un campo magnético se produce en el bobinado fijo de una máquina y otro, inducido por éste, se produce en el bobinado del rotor, entonces aparece un par de fuerzas que hacen girar al rotor hasta que se alinee con el campo magnético del bobinado fijo. Si hubiera una manera de hacer girar el campo magnético fijo, entonces el par de fuerzas provocaría que el rotor persiguiera constantemente en círculos al primero. Hoy en día este motor es conocido como de inducción o asíncrono. 

 

Tesla podía visualizar una invención en su cerebro con precisión extrema, incluyendo todas las dimensiones, antes de iniciar la etapa de construcción; una técnica algunas veces conocida como aprendizaje espacial. No solía dibujar esquemas; en lugar de eso concebía todas las ideas solo con la mente.

Hacia abril de 1882 le ofrecieron un puesto para ayudar a dirigir una división que la Continental Edison Company tenía en Ivry-sur-Seine, un suburbio de París. A su cargo tenía la instalación del sistema de iluminación por filamento incandescente para el interior de toda la ciudad, en la Ópera de París y un teatro en Baviera. Presentó versiones mejoradas de los dinamos y motores de Edison. En su tiempo libre, anotó las características matemáticas y las especificaciones de su motor en un cuaderno y continuó trabajando en otra de sus tormentas de ideas, una máquina voladora.

En 1883 fue enviado a Estrasburgo durante un año para supervisar la instalación del alumbrado y para reparar el generador de la estación. En su tiempo libre, y utilizando materiales que había traído de París, pudo al fin lograr la construcción de un motor de CA simple de baja frecuencia. Con entusiasmo y sintiendo una gran “satisfacción de ver la rotación efectuada al alterar las corrientes de diferentes fases y sin contactos deslizantes ni conmutadores”. El alcalde impresionado por el descubrimiento reunió algunos amigos ricos para una demostración, sin embargo, mostraron muy poco interés y ninguno de ellos fue capaz de comprender el valor de esa invención.

Mientras esperaba del pago por los trabajos realizados, los funcionarios de la compañía decidieron enviarlo a Estados Unidos para ayudar a Edison con el rediseño de sus generadores. Tesla aceptó de inmediato.

En un día de primavera en 1884, Tesla llegó a Nueva York con cuatro centavos en el bolsillo, algunos poemas y una fuerte determinación. Su primera impresión fue inquietante: “Dejaba algo hermoso, artístico y fascinante en todos los sentidos para cambiarlo por algo mecanizado, áspero y poco atractivo…un siglo detrás de Europa en civilizaron”. Cinco años más tarde revirtió su posición y pensó que Estados Unidos estaba al menos un siglo por delante de Europa.

 

Edison

En 1878 Thomas Edison, haciendo una pausa en sus trabajos en el teléfono y el fonógrafo, se abocó a trabajar en un sistema de iluminación eléctrico. Reconociendo que los clientes comprarían un sistema de iluminación similar al de gas y petróleo existentes, comenzó abordando el problema de idear una lámpara de filamento incandescente eficiente. Desde muchas décadas antes se conocía que el pasaje de una corriente eléctrica de alta intensidad a través de un conductor metálico delgado provoca un gran aumento en su temperatura, al punto de llegar al estado de incandescencia, en el cuál emitía luz blanca (con todos los colores del espectro visible).

Si bien muchos inventores habían creado lámparas de éste estilo, incluida la demostración de Alessandro Volta de un cable incandescente en el año 1800, eran pocas prácticas. Poseían una vida extremadamente corta debido a que el alambre conductor se deterioraba y un alto gasto de producción y de consumo de corriente eléctrica, lo que dificultaba su aplicación comercial. Edison se dio cuenta que, aumentando la resistencia del filamento, la corriente consumida era menor y se podía disminuir el grosor de los cables de distribución, todo lo que significaba menores costos económicos. Al combinar este factor con un material incandescente efectivo (inicialmente fue una fibra de bambú carbonizada) y un vacío mayor (mediante el uso de la bomba Sprengel) la propuesta de Edison fue económicamente superadora. Con la primera demostración pública el 31 de diciembre de 1879 en Menlo Park se dirigió al público diciendo: “Haremos que la electricidad sea tan barata que solo los ricos prenderán velas”.

 

El mundo se ilumina con “velas eléctricas” Un tipo de lámparas eléctricas que se utilizaban en esa época eran las llamadas “velas eléctricas”. Inventadas por Sir Humphry Davy a principios de 1800, eran lámparas de arco voltaico y fueron el tipo más popular de alumbrado público ya que otorgaban una gran luminosidad a un precio menor que las lámparas de aceite. Usadas en fábricas, estaciones de tren y espacios amplios eran poco útiles si se quería generar luz de baja intensidad como en el interior de un hogar. A pesar de su corta duración, de los zumbidos que producían al estar encendidas, del peligro constante de incendio (debido a chispas y altas temperaturas) y del hecho de que debía existir una distancia de separación adecuada entre electrodos que se iban consumiendo (si se utilizaba CC lo hacían de manera asimétrica), resultó ser uno de los primeros usos comerciales para la electricidad, un fenómeno que antes se limitaba a la experimentación y el entretenimiento.

Arco voltaico y lámpara de arco. 

 

 

 

 

 

 

 

Avenue de l’Opéra iluminada con este sistema durante la Exposición de París de 1878

 

Para poder comercializar y alimentar su lámpara, Edison tenía que diseñar un sistema eléctrico de CC de bajo voltaje (110 V), que fuera seguro para los consumidores y de instalación sencilla, similar a la de las líneas de telefónicos y telégráfos en uso. Su adopción permitiría a Edison controlar el sistema completo, desde su manufactura y desarrollo hasta su distribución ya que poseía todas las patentes clave. Además, podría complementarse su uso por medio de baterías que proporcionen nivelación de carga y energía de respaldo durante las interrupciones en la operación del generador. Pero existía una ventaja por sobre otros sistemas eléctricos: el único motor eléctrico eficiente y disponible en el mercado era el de CC. Sin embargo, al mantener igual voltaje desde la generación (por ejemplo, en una planta con máquinas a vapor) hasta su destino final, el rango de transmisión útil era corto: para compensar los altos costos que involucraban los cables de distribución, las plantas generadoras, similares a la de Pearl Street, tenían que estar situadas en el medio de los centros de población y solo podían suministrar a los clientes en un radio de 1,5 km.

Financiado por J. P. Morgan, Edison viajó por el país supervisando la instalación de sistemas de iluminación de corriente continua y reconociendo que su papel había cambiado, el mago de Menlo Park pasaría a ser “un hombre de negocios” tomándose “unas largas vacaciones en materia de invención”.

 

Westinghouse

 

Nacido en Nueva York en 1846, George Westinghouse fue un inventor y magnate que hizo su fortuna fabricando frenos de aire para ferrocarril. Consciente de las limitaciones del sistema de Edison decide, en 1884, entrar en el negocio de la iluminación eléctrica y desarrollar un sistema mediante CA (que se estaba expandiendo rápidamente en Europa). En éste la transmisión se realizaba con alto voltaje (estimaba 1000 voltios) lo que permitía reducir el tamaño de los cables de distribución y llegar a grandes distancias. Pero introducir esta cantidad de voltaje en las casas y en las líneas de distribución podría ser peligroso.

Westinghouse, contemplando el potencial del nuevo sistema, abordó la solución sin escatimar gastos. Compró los derechos de patentes para un dispositivo inventado en Europa por Gaulard-Gibbs, el transformador, que podía reducir el voltaje de 1.000 a 110 V, importó varios generadores de CA de Siemens, mejoró el aislamiento en las líneas de suministro y creó nuevas medidas de seguridad.

 

Westinghouse transformó las industrias ferroviaria y energética. Antes de su muerte en 1914, tenía más de 360 patentes a su nombre. 

 

 

 

 

 

Generadores de CA de Westinghouse. 

 

 

 

 

 

 

De esta manera lograría un sistema donde grandes plantas de energía centralizadas transmitirían energía de alto voltaje a grandes distancias y luego con el transformador disminuirían su voltaje para luminaria comercial y doméstica, tanto de arco como de filamento. 

Para el otoño de 1886 Westinghouse había construido el primer sistema comercial de alimentación de CA en los Estados Unidos en Buffalo, Nueva York. Sin embargo, pronto se dieron cuenta que necesitaban ofrecer algo que Edison ya hacía: suministrar energía para mover tranvías, fábricas, ascensores, tornos, es decir necesitaban un motor de CA.

 

Llegada a América

 

A este panorama arriba Tesla, a quien Edison, sin conocer nada de su motor de CA, contrató de inmediato en Machine Works. Tesla describió el encuentro como “un evento memorable en mi vida. Me sorprendió este hombre maravilloso que había logrado tanto.” Bien podría haber pensado Tesla que el futuro había llegado por fin. Ansioso por la fama y la fortuna y listo para servir al inventor más famoso de la nación, el soñador había encontrado el lugar perfecto para realizar su obsesión más preciada. O al menos eso parecía.

Al igual que en París, Tesla trabajó en la solución de problemas de instalaciones y la mejora de generadores, reparó los dinamos del transatlántico SS Oregon (el primer buque en tener luz eléctrica) y desarrolló un sistema de alumbrado público basado en lámparas de arco.

Luego de seis meses de trabajo, Tesla renuncia. No está claro qué evento precipitó su partida. Según algunas versiones, Edison le ofreció un bono de $ 50.000 para diseñar veinticuatro tipos diferentes de máquinas estándar. Tesla tuvo éxito más allá de las expectativas, pero Edison no cumplió con su promesa diciendo “No entiendes nuestro humor estadounidense”. Versiones posteriores afirman que Edison le ofrece a Tesla un aumento si lo reconsidera, pero Tesla, profundamente decepcionado, se negó.

Como sea, en marzo de 1885, Tesla se reunió con el abogado de Edison para obtener ayuda con la presentación de las patentes. Éste le presentó a dos hombres de negocios que estaban dispuestos a financiar la compañía Tesla Electric Light & Manufacturing. Durante el resto del año trabajó obteniendo sus primeras patentes emitidas en los Estados Unidos que incluían un generador de CC mejorado y la construcción e instalación del sistema de iluminación de arco (posiblemente el mismo que había desarrollado para Edison) en Rahway, Nueva Jersey. El nuevo sistema de Tesla se hizo notar en la prensa, que comentó sus características avanzadas.

 

Central Generadora de Pearl Street, primera central térmica comercial de la historia. Consistía de seis dinamos que, propulsados por máquinas de vapor a carbón, producían CC.

Pero al poco tiempo los inversores comenzaron a mostrar cada vez menos interés en las ideas de Tesla. Es así que en la víspera del invierno de 1886/1887 lo abandonaron y formaron una nueva compañía de servicios públicos. Tesla sin dinero y traicionado por los hombres en que confiaba, realizó trabajos de reparación eléctrica y como cavador de zanjas que la compañía de Edison realizaba para su sistema de CC. Años después recordaría a ésta como una época de dificultades, donde pondría en duda el valor de la educación recibida “Mi conocimiento en diversas ramas de la ciencia, la mecánica y la literatura me pareció una burla.”

En medio de las dificultades, reunió la energía necesaria para presentar una patente para un motor termomagnético. Este invento atrajo la atención de Charles Peck, un superintendente de Western Union, y de un abogado, Alfred Brown, que, intrigados por las invenciones de Tesla, acordaron respaldar financieramente al inventor y manejar sus patentes formando la Tesla Electric Company en abril de 1887.

Motor de inducción ideado por Tesla

 

En vistas de la inviabilidad del motor termomagnético, Peck lo alentó a regresar a su motor de CA. Basándose en su visión en Budapest, Tesla descubrió que podía producir un campo magnético giratorio utilizando dos corrientes alternas desfasadas que alimenten a pares de bobinados en lados opuestos del estator, algo novedoso ya que la norma era usar sólo una corriente alterna.

Para Peck y Brown, la cuestión no era fabricar el motor, sino vender las patentes al mejor postor. Para lo cual hicieron arreglos para publicitarlo, comunicados de prensa, redacción de publicaciones técnicas y una conferencia que Tesla ofreció en mayo de 1888 en el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos (hoy IEEE). Su plan funcionó. Los ingenieros que trabajan para Westinghouse le informaron que Tesla tenía un motor de CA viable y un sistema de energía relacionado. Aunque Westinghouse había buscado obtener la patente de un motor de inducción similar pero presentado por el físico italiano Galileo Ferraris, decidió que la patente de Tesla probablemente controlaría el mercado.

En julio de 1888, negociaron un acuerdo de licencia para el diseño de motores y transformadores de inducción. Tesla obtendría 60.000 dólares en efectivo y acciones (2 millones en dólares de hoy) y una regalía de 2,5 dólares por HP de potencia producida por cada motor, además de un contrato de un año como consultor en los laboratorios de Pittsburgh. Westinghouse ya tenía su motor de CA…

 

Gabriel Ferrario.

Estudiante de Ingeniería Aeronáutica por la UNC