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TI 2004 | octubre 2004

Breve historia de la electricidad

Pura C. Roy
     

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Un recorrido por los principales descubrimientos y avances en electricidad y por los problemas derivados de la obtención y consumo creciente de una fuente de energía que no se puede almacenar. Hoy como ayer, el gran reto es que en todo momento su producción debe igualarse a su consumo de forma precisa e instantánea

Como muchos de los descubrimientos de los seres humanos, estos ya estaban ahí desde el principio, aunque hayan tenido que pasar siglos hasta dar con ellos. Establecer relaciones entre cosas y sucesos que no tienen mucho que ver entre sí puede ser una de las vías. La electricidad ha existido siempre, es parte de la naturaleza. Esta electricidad natural se la denomina electricidad estática. Si seguimos una cronología de los observadores de este fenómeno, el primer lugar hay que dárselo al filósofo griego Tales de Mileto (600 años a.C.). Sus juegos con el ámbar le permitieron descubrir que si lo frotaba con un paño de lana éste atraía a pequeñas partículas como motas de polvo, ligeras plumas o hilos. El ámbar es una resina fósil de los árboles de hace millones de años e igual que los griegos no sabían esto, tam-poco Mileto supo explicar por qué sucedían estos fenómenos cuando se entretenía con el ámbar. Pero a pesar de que sus conocimientos fueron por otros derroteros, como la astronomía, a Tales se le considera el primer científico de la historia e intentó dar respuesta a la pregunta que muchos otros científicos se harían más tarde: ¿de que está hecho todo lo que hay en la naturaleza?

Resulta curioso que hasta el siglo XVII los investigadores no tuvieran otra vez su interés por el ámbar. Mil años después en 1660, el médico y físico inglés William Gilbert se percató que algunas sustancias se comportaban como el ámbar atrayendo sustancias, como el vidrio o el azufre y que otras, como el cobre o la plata no ejercían ninguna atracción. Al fenómeno lo llamo electricidad, por la palabra griega elektron que significa ámbar y a las primeras sustancias: eléctricas y a las segundas: aneléctricas. Gilbert y otros investigadores consideraban que la electricidad era algo que entraba en el ámbar cuando se le frotaba. Pero los secretos de este extraño fenómeno se mantuvieron todavía durante un tiempo. Y todos los experimentos que se realizaban no dejaban de ser fenómenos de laboratorio.

En el año 1747, Benjamín Franklin, frente a lo que habían mantenido alguno de sus colegas, propuso que no existían dos tipos de fluidos y creía que la electricidad era algo que estaba en todas las cosas y que ésta se podía presentar en exceso o en defecto, bautizando estas dos posibilidades su electricidad negativa como faltaba y electricidad positiva su exceso. Hoy día se mantienen estos términos, pero con una comprensión distinta del fenómeno. Se utiliza en las pilas con sus signos más y menos

La observación de la naturaleza llevo a Franklin a establecer una relación entre el ámbar y los rayos que caían al suelo. La potencia de la naturaleza tiene una de sus manifestaciones más bellas y terroríficas en el rayo. Es la electricidad en acción como resultado de una descarga eléctrica en una nube. La observación de los relámpagos fue fundamental para desvelar los secretos de la carga eléctrica. En su célebre experimento de 1752, Franklin hizo volar una cometa en medio de una tor-menta para demostrar que el rayo era electricidad y lo probó al pasar éste a través de la cuerda húmeda a la cual había atado una llave. Cuando tocó la llave salieron chis-pas como con el ámbar o al tocar una alfombra o algún material como un pica-porte. El científico arriesgó su vida, otros habían muerto en el intento, y con ello salvo también la de muchos otros al inventarse el pararrayos o barra metálica que atrae los rayos y los conducen al suelo para descargarlos.

A pesar de este avance el ámbar todavía era un material de experimentación, hasta que tres décadas después, en 1780, fue cuando Luigi Galvani descubrió que la electricidad podía excitar la contracción muscular, sin embargo fue el conde Alessandro Volta quien explicó este comportamiento al observar distintos metales sumergidos en agua salada. Y lo más importante para la humanidad que esta se podía producir: los aparatos de Volta, sus "pilas" producían cargas eléctricas por medio de una reacción química originada con dos placas de zinc y cobre sumergidas en ácido sulfúrico. Las bautizó como corriente, termino que seguimos utilizando hoy, incluidas las propias pilas que están basadas en el mimo principio.

Al mismo tiempo, Georg Simon Ohm sentó las bases del estudio de la circulación de las cargas eléctricas en el interior de materiales conductores. Pero para sentar las bases de nuestro mundo, impensable sin electricidad, hubo que fijarse en otra parte de la moneda: el magnetismo. En 1819, Hans Oersted descubrió que una aguja magnética colgada de un hilo se apartaba de su posición inicial cuando pasaba próxima a ella una corriente eléctrica y postuló que estas producían un efecto magnético. Lo que llevó al futuro telégrafo y a André Ampère a deducir que las corrientes eléctricas debían comportarse del mismo modo que lo imanes.

Un anillo de hierro con carretes de cobre enrollados alrededor y separados por bramante fue el que utilizó Michael Faraday para descubrir la inducción electromagnética. Fue el primer transformador aunque no se utilizó como ya que Faraday no disponía de corriente alterna. Pero creó una terminología que todavía se emplea hoy: electrolito, electrolisis, ánodo y cátodo.

El croata-americano Nikola Tesla pensó que un día la fuerza de los rayos podía ser utilizada, estas imaginaciones le llevaron a inventar un tipo de transformador, el carrete de Tesla, que produce las señales de alta frecuencia empleadas en radio y televisión, demostrar que las máquinas funcionan mejor con corriente alterna que con continua y en 1888 inventar el motor de inducción. Los transformadores en una moderna central hacen que el transporte de la electricidad sea eficiente al elevar el voltaje producido. La empresa Westing-house no tardo en utilizar este avance clave de la explotación industrial de la corriente alterna. En 1895 Westinghouse pone en servicio la primera planta de generación de electricidad comercial con su La Planta del Niagara.

Los experimentos de Faraday se volvieron matemáticas gracias a James Maxwell, quien en 1873 presentó sus ecuaciones que unificaban la descripción de los comportamientos eléctricos y magnéticos y su desplazamiento a través del espacio en forma de ondas.

De manera sencilla se puede decir que la materia está formada por átomos y estos a su vez contienen electrones, diminutas partículas con carga negativa que giran entorno al núcleo con carga positiva; ciertas sustancias como los metales tienen electrones libres que pueden pasar de un átomo a otro. Este movimiento –y sobre todo cuando son obligados a ello– produce electricidad.

El electrón fue descubierto por J. J Thomson en 1897 y a la vez que explicaba los rayos catódicos probaba que existía una partícula aún más pequeña que el átomo.

Ahora sólo quedaba domesticar a esta energía, que se ha convertido en indispensable, limpia, de bajo costo y de fácil trans-porte. Y por último, no podemos dejar de meter en la lista de hombres ilustres a Thomas Alva Edison. De niño fue expulsado del colegio porque los profesores creían que era retrasado. A los quince años trabajó de telegrafista, realizó mejoras en el funcionamiento del sistema y con el dinero ganado se dedicó a generar nuevos inventos. Y entre ellos estaba esa humilde bombilla y por supuesto enchufes para ellas. El 21 de octubre de 1879 consiguió el primer filamento que duraba incandescente 40 horas y con sólo 10 voltios. Con este gran avance comenzaría la universalización del uso de la electricidad. Pero para cambiar el mundo las bombillas tenían que mantenerse encendidas todo el día. Edison, para ello dio otro grande paso para la humanidad: la primera central eléctrica con generadores accionados por máquinas de vapor. 52 clientes fueron los primeros en iluminar su casa con electricidad. Con ello comenzaría esa distinción entre investigación básica y otra que suele llamarse aplicada o investigación y desarrollo.


La electricidad domesticada


El solitario Henry Cavendish (1731-1810), cuya investigación acerca de la electricidad fue muy amplia, sabía de la intensidad de la corriente eléctrica por los calambres que producía. Hoy tenemos que seguir teniendo cuidado con ellos ya que vivimos rodeados de aparatos eléctricos, tantos que este olvidadizo investigador sería incapaz de inventariar. El desarrollo de los inventos eléctricos comenzó de manera imparable cuando la electricidad fue domestica y el mundo se llenó de los cables que la conducían.

Con el telégrafo se obtuvo una de las primeras aplicaciones satisfactorias de la electricidad y dio comienzo a la era de las comunicaciones rápidas. Luego vendría el teléfono inventado por Alexander Graham Bell en 1876, la radio, inventada por Guglielmo Marconi en 1896, la televisión, que comenzó su andadura en 1923 gracias a los desarrollos de John Logie Baird y la edad de la electrónica.

A finales del XIX, pero sobre todo en el XX, los hogares comienzan a electrificarse: bombillas, cocinas, planchas, ventiladores, radiadores, teteras, teléfonos, radios, etc. En Madrid, en 1899 comienzan a funcionar los primeros tranvías eléctricos. Las primeras emisiones de radio, en España, comienzan a alrededor de 1925.

“NUESTRA FORMA DE VIDA DEPENDE DE LA ELECTRICIDAD. PERO UN PROBLEMA SE HA DERIVADO DE ESTA SITUACIÓN. EL CONSUMO PER CÁPITA DE ENERGÍA NO HA HECHO MÁS QUE AUMENTAR DESDE LA INSTALACIÓN DE LAS PRIMERAS CENTRALES ELÉCTRICAS HASTA AHORA. EL MUNDO SE ENFRENTA AL RETO DE SUMINISTRAR ENERGÍA A UNA POBLACIÓN CRECIENTE”

La electricidad, esa maravilla –como sería calificada en la época– de la ciencia y la tecnología, levantaba el asombro con cada aplicación que de ella se hacía. En 1893 en la exposición Universal de Chicago había sido la gran protagonista. Las industrias accionaron todas sus máquinas con esta energía, enumerarlas sería contabilizar todas las existentes, pero tuvieron el honor de ser las primeras todas aquellas a las que se les aplicó motores para su funcionamiento: como el tren o las máquinas de coser.

Cuando se solucionó el problema de las pérdidas en el transporte de la electricidad y se consiguió la consolidación de las grandes empresas productoras, a principio del siglo XX, la versatilidad de la electricidad fue en aumento. La electricidad permitió grandes impulsos en la mecanización al posibilitar aplicaciones antes impensables como la electroquímica que produce: abonos, productos farmacéuticos, tintes, papel o fibras artificiales así como la electrometalurgia: plomo, cobre, acero cuya producción permite ir reduciendo las importaciones españolas de muchos productos o manufacturas. También aparecen los talleres y las fábricas especializadas para producir los componentes de los nuevos artículos. Pero sobre todo, las máquinas, comenzaron a introducir cambios profundos en las estructuras laborales y entre las primeras fue la de liberar la mano de obra, al sustituir ésta a los obreros.

Luego todo evolucionó muy deprisa hasta introducir –en un periodo muy corto– a la humanidad en otra gran revolución: la informática, en la cual los conocimientos se duplican cada diez años y la potencia de los ordenadores se duplica cada dieciocho meses. Pero todo esto es parte de otro artículo.

Podemos imaginarnos nuestra vida sin esta forma de energía, sin teléfono, sin ordenadores, cine, coches, sin resonancias magnéticas, ecografías, sin refrigeración, sin satélites. No tenemos espacio para describir los avances de la electricidad o de sus posteriores aplicaciones tecnológicas. Nuestra forma de vida depende de ella. Pero un problema se ha derivado de esta situación. El consumo per capita de energía no ha hecho más que aumentar desde la instalación de las primeras centrales eléctricas hasta ahora.

El mundo en estos momentos se enfrenta al reto de suministrar energía a una población creciente. El sistema para obtener electricidad no es muy complicado, sólo es necesario que se muevan las palas de una turbina para que un alternador convierta la energía cinética en eléctrica. A finales del siglo XIX se hacía dejando caer agua por una presa. O también se puede utilizar vapor y hacerlo pasar por las turbinas que mueven los alternadores. Sencillo, pero aquí se origina el problema, porque se necesita algo para producir vapor.

Cualquier actividad desarrollada por el hombre requiere alguna cantidad de energía, la mayoría de ellas en forma de materias primas junto con enormes cantidades de energía eléctrica que a su vez esta proviene de un elevado gasto de materias primas como el carbón, el gas o el petróleo. El desarrollo de las sociedades industriales durante el siglo XX ha estado íntimamente ligado a la disponibilidad de energía a bajo precio.

A principios del siglo XX el agua se calentaba con carbón, para ser paulatinamente desplazado por el petróleo que pasó de una producción de 150 millones de barriles en 1900 a 4.000 millones de barriles en 1950. El desarrollo industrial resultó de su combustión, pero también el calentamiento del planeta.

Después de la Segunda Guerra Mundial otra fuente de electricidad hacía su aparición producto de las investigaciones del Proyecto Manhattan para la construcción de la bomba atómica: la energía nuclear. La primera central nuclear para producir energía eléctrica se construyó en 1956 en Gran Bretaña. La energía nuclear es considerada una parte muy importante en la generación de energía eléctrica en el mundo, ya que actualmente existen 442 reactores nucleares en operación comercial, que generan aproximadamente el 17% de la energía eléctrica consumida. Las centrales nucleares están instaladas principalmente en los países desarrollados, y dentro de la Unión Europea se encuentran en operación 145 reactores nucleares que proporcionan, aproximadamente, una tercera parte de la electricidad consumida por los estados miembros. En España, las siete centrales, y sus nueve reactores en funcionamiento, producen una tercera parte de la electricidad que consumimos y se puede situar en un 20 % de la que se consume en el mundo.


Los retos del futuro


La relación entre crecimiento económico y consumo de energía es evidente. Como es evidente que la mayor parte de los más de 7.000 millones de habitantes que se esperan para el 2020 no la tendrán.

Casi ningún país es autosuficiente en cuestiones de energía. España importa más o menos alrededor de un 75% de la energía primaria que consume. España consume hoy más del doble de energía que en 1975

El suministro eléctrico actual está todavía íntimamente ligado a los combustibles fósiles y a la energía nuclear. El consumo de los combustibles fósiles se ha triplicado desde 1960 y esto conlleva su agotamiento, además de los importantes impactos medioambientales que conllevan (gases de efecto invernadero y residuos). Mediante centrales termoeléctricas convencionales, en el 2003 se produjeron 144.918 millones de kWh.

 

AGE FOTOSTOCK

 

La utilización del carbón se está sustituyendo por otros combustibles como el gas o el petróleo. Por ello, una de las cuestiones que más preocupan son las reservas petroleras que quedan en el mundo, estando estas sobre todo en el oriente próximo. Las sucesivas crisis del petróleo alertaron de los riesgos que se corren otorgando al petróleo el papel preponderante dentro del mercado energético y pusieron de manifiesto la necesidad de generar políticas racionales para su uso. El consumo mundial de petróleo en 2003 se incrementó un 2% al alcanzar los 3.600 millones de toneladas. Estados Unidos es el país que más consume, con un total de 895 millones de toneladas lo que representa una cuarta parte del uso global de la apreciada materia prima. En segundo lugar figura China, con 263 millones de toneladas, un 8% más que en 2002, con lo que desplazó de ese puesto a Japón, que ahora es tercero con 252 millones de toneladas. Estos dos países juntos representan el 7% de la demanda mundial de petróleo. Rusia se sitúa en el cuarto escaño, con una demanda de 126 millones de toneladas en 2003, y en quinta posición figura Alemania, con 125 millones de toneladas.

Actualmente es difícil ponerse de acuerdo en la estimaciones sobre cuántos años tendremos petróleo y gasa natural. En 1970 había reservas conocidas de petróleo para unos 30 años (hasta el 2000) y de gas natural para unos 40. En cambio en 1990 había suficientes depósitos localizados de petróleo como para otros 40 años (hasta 2030) y de gas natural para unos 60 años. En estos años se ha descubierto más de lo que se ha consumido. Por esto se puede decir que hay reservas para un tiempo comprendido entre varias decenas y unos 100 años.

“EL CONSUMO MUNDIAL DE PETRÓLEO EN 2003 SE INCREMENTÓ UN 2% AL ALCANZAR LOS 3.600 MILLONES DE TONELADAS. ESTADOS UNIDOS ES EL PAÍS QUE MÁS CONSUME, CON UN TOTAL DE 895 MILLONES DE TONELADAS”


Más peligros


A pesar de las polémicas las centrales nucleares, siguen suministrando energía eléctrica en todo el mundo. Y recientemente se ha reabierto un debate que parecía cerrado, al ponerse otra vez en crisis el petróleo por la guerra de Irak. Curiosamente el debate lo ha abierto el gran abanderado de la teoría Gaia que es James Lovelock. En estos momentos se sigue pensando que la utilización de esta vía de energía es más barata que las llamadas renovables: eólica, fotovoltaica, o biomasa). Eso sí, nadie da respuesta a los residuos radiactivos. Las cantidades anuales de residuos radiactivos producidos en España son de 2.000 toneladas de residuos de baja y media actividad y de 160 toneladas de combustible gastado y residuos de alta actividad. Sus defensores alegan que gracias a ella este país se ahorra mil millones de euros en petróleo. También que esta energía no produce ninguna emisión de CO2 u otros gases de efecto invernadero en el proceso de generación de energía eléctrica, evitando en España 60 millones de toneladas de CO2, lo que equivaldría a lo que emite anualmente el 75% de los vehículos a motor que circulan por España.


Energías renovables


Pero en los últimos años, paulatinamente y progresivamente, se están levantando voces y análisis que defienden el uso de las energías renovables. Los especialistas piensan que la existencia de costes medioambientales y sociales asociados a la generación eléctrica no reflejados en los precios de mercado de la electricidad convencional es una distorsión que obstaculiza el desarrollo de las energías renovables.

La internacionalización del problema medioambiental y sus costos para reducir el impacto negativo de ciertas fuentes de electricidad tal vez permita desbloquear esta situación. Además es previsible que un mayor desarrollo y un uso de las energías renovables que aumente el volumen de electricidad generado por las mismas redunde en su menor coste.

Además la generación eléctrica con fuentes renovables presenta la gran ventaja de la diversificación de las fuentes de abastecimiento energético y permite la sustitución de fuentes importadas por otras de carácter autóctono y por tanto una menor dependencia del exterior. Las estimaciones para España son de un 12% para el 2010. Muy lejos del 22% deseable.

El poder del agua para generar electricidad sigue existiendo. Además de las grandes presas –de hasta 1.000 megavatios de potencia– existen centrales minihidráulicas que producen alrededor de 5 megavatios.

Estados Unidos es el país que más potencia eólica tiene instalada. En Europa en primer lugar se sitúa Dinamarca, seguida de Holanda y Alemania. España ocupa el cuarto lugar con 67 megavatios. Hoy en día existen unos 2.500 megavatios de potencia eólica instalada en el mundo.

Las energías renovables están siendo impulsadas por ayudas y normativas. En España han sido la energía eólica y la fotovoltaica las que han tenido en el año 2001 un mayor crecimiento, alcanzando la primera, al finalizar el año, una potencia instalada de 3.335 MW. España ocupa el tercer lugar del mundo y el segundo de Europa en potencia instalada con aerogeneradores de tecnologías avanzadas y potencia creciente. En el 2003 produjo mediante energía hidroeléctrica, eólica y solar unos 55.919 millones de kWh.

 


AGE FOTOSTOCK

 

Próximamente se construirá en España una de las mayores centrales fotovoltaicas del mundo. Será ubicada en el término de Villarrubia de los Ojos (Ciudad Real) y contará con una potencia de 10 MW (diez veces mayor que la central fotovoltaica Toledo PV), lo que la sitúa entre las primeras del mundo. Junto a la central, también se construirá una planta de ensamblaje de paneles. La inversión total prevista es de 42 millones de euros. El consumo eléctrico en España creció un 41% desde 1998, año en que comenzó la liberalización. En los últimos 10 años, el consumo se ha incrementado un 64%, porcentaje que implica una tasa media al año de 5,1 % sin embargo en 2003 se elevó a un 6% hasta los 228.104 millones de kilovatios/hora (KWh), con un fuerte crecimiento de la generación hidroeléctrica. Las familias españolas gastan una media de 540 euros en electricidad. El derroche de la misma es uno de los problemas en las sociedades capitalistas. Su ahorro entra en todos los planes comunitarios o nacionales. España gasta por encima de la media europeas. La energía eléctrica no se puede almacenar. Por eso, su producción debe igualarse a su consumo de forma precisa e instantánea. Para llevar la energía eléctrica desde las zonas de producción a sus áreas de consumo es necesaria la disponibilidad de un elemento de unión: el transporte.

Red Eléctrica, empresa especializada en el transporte de energía eléctrica, es la responsable en España de la operación del sistema eléctrico y de la gestión de la red de transporte. Las instalaciones fundamentales están constituidas por los sistemas de control eléctrico, que dirigen y supervisan el funcionamiento del sistema; por más de 27.000 km de líneas de transporte de muy alta tensión, y por 1.728 posiciones de subestaciones con más de 26.900 MVA de capacidad de transformación. Como responsable de la gestión de la red de trans-porte, debe asegurar el desarrollo y ampliación de la red en alta tensión con criterios homogéneos y coherentes, realizar el mantenimiento para proporcionar la fiabilidad y disponibilidad requerida y garantizar el acceso de terceros a la red de trans-porte. Este organismo gestiona también los intercambios de electricidad entre nuestros países vecinos.

El problema de la electricidad es hoy el mismo que hace cien años. Ha de ser producida en el momento en que se necesita. Esta cuestión no ha sido resuelta por la tecnología y todavía no se puede almacenar energía eléctrica para grandes consumos. A pesar de que las pilas duran cada vez más y los teléfonos móviles y ordenadores funcionan, no ocurre lo mismo en toda la industria. Pero lo que tal vez no pasaba hace doscientos años sí pasa ahora, el suministro no puede detenerse, si no nos vamos a encontrar con algún que otro problema para estar enchufados a la corriente eléctrica.


 

 

 


Comentarios Comentarios - 6

 

SARA - 06/04/2014 19:30:23

QUE GENTE MAS RARA

 

 

sara - 06/04/2014 19:29:17
www.tecnicaindustrial.es/tifrontal/a-1432-Breve-historia-electricidad.aspx

Ala ustedes no de cansan de leer

 

 

sara - 06/04/2014 19:28:23

ala ustedes no de cansan de leer

 

 

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AUTORES
Pura C. Roy
Periodista científica.




PALABRAS CLAVE
electricidad, energía, historia


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