Llevo casi un mes batallando con un herpes zóster que tiene más mala idea que Donald Trump. Durante quince días no he conseguido dormir; de hecho, ni siquiera tenía sueño. Sin el lavado de toxinas, y la consolidaciónsináptica que —a decir de los expertos— se efectúan solamente en este período, la caída de mi comprensión lectora ha sido dramática: a media página ya no recordaba lo que había leído al principio de ella. Hasta la música —mi otra gran pasión— me parecía una sucesión de sonidos inconexos, y era incapaz de procesar en una pieza de música académica la armonía y el desarrollo temático.
Y en esta situación mis compañeros del GEMA me proponen aportar mis observaciones a un documento. Con la actitud heroica que se presupone en un militante comunista, lo abro y… ¡mierda para mí! ¡No entiendo nada! «Es pronto» —me digo; y dejo pasar unos días.
Cuando lo vuelvo a intentar mi cabeza ya funciona más o menos correctamente: lo suficiente para detectar en el citado documento —un intento de aclarar al público general los arcanos de la electricidad— que la aplicación del bien conocido «símil hidráulico» a la corriente alterna se ha hecho muy mal, o no se ha hecho en absoluto.
E intentando aplicar la conocida frase de Einstein de que «Si no puedes explicárselo a un niño de seis años, es que no lo has entendido tú mismo», me he empeñado en demostrar que el fenómeno eléctrico, por complejo que sea matemáticamente, tiene una base física intuitiva, y que, si el modelo mental es sólido, las fórmulas matemáticas son solamente el lenguaje técnico para medirlo.
1. Símil hidráulico en corriente continua (CC)
En el circuito eléctrico el lugar de la tubería está ocupado por un conductor eléctrico aislado, la bomba por una pila, una fuente de energía eléctrica procedente de la transformación de la energía química acumulada, y una carga eléctrica cualquiera, aquí una lámpara de incandescencia denominada coloquialmente bombilla, en la que la energía eléctrica ‘choca’ con el obstáculo del filamento transformándose en luz y calor.
—La presión introducida por la bomba para mover el agua en el circuito hidráulico, tiene su equivalente en la tensión introducida por la pila en el circuito eléctrico.
—La cantidad de fluido —agua— que pasa por una sección determinada de un conducto por unidad de tiempoen el circuito hidráulico, tiene su equivalente en la intensidad de la corriente —eléctrica— que circula por el conductor en el circuito eléctrico.
2. Símil hidráulico en corriente alterna (CA)
En el circuito eléctrico el lugar de la tubería está ocupado por un conductor eléctrico aislado, la bomba por un alternador, una fuente de energía eléctrica procedente de la transformación de la energía del movimiento de su rotor en una corriente eléctrica, y una carga eléctrica cualquiera, aquí un motor de inducción, en el que la energía eléctrica se transforma de nuevo en movimiento.
—La presión introducida por la bomba de pistón para hacer oscilar el agua en el circuito hidráulico, tiene su equivalente en la tensión generada por el alternador. Y en ambos casos son variables: su valor cambia dependiendo del tiempo.
—La cantidad de fluido —agua— que se desplaza por la sección de la tubería en cada oscilación tiene su equivalente en la intensidad de la corriente —eléctrica— que circula por el conductor en el circuito eléctrico. Este valor es igualmente variable en el tiempo.
—La velocidad a la que el pistón completa un ciclo completo de ida y vuelta es en el circuito eléctrico la frecuencia: 50 veces por segundo en Europa.
Es importante advertir al sufrido lector de un detalle importante: en el mundo del agua, si intentáramos cambiar el sentido del flujo 50 veces por segundo, los choques de la masa del líquido contra las tuberías provocarían inevitablemente la rotura de estas. En el mundo eléctrico, en cambio, movemos electrones cuya masa es tan despreciable, que pueden cambiar de dirección instantáneamente, permitiendo que la energía vibre sin romper el cable.
3. El viaje de la gota de aceite
En nuestros circuitos didácticos la tubería es transparente y hemos introducido en el agua del circuito una gota de aceite que, como no se mezcla con el agua, nos permite observar su movimiento en uno y otro caso.
3.1 El viaje de la gota de aceite en CC
Al poner en marcha la bomba, esta empuja el agua siempre en el mismo sentido. La gota de aceite comienza un viaje lineal. La veríamos pasar por el motor hidráulico, recorrer el camino de vuelta, entrar de nuevo en la bomba y repetir el ciclo. La clave: Hay un desplazamiento neto de materia. Si la bomba gira a velocidad constante, la gota mantiene una velocidad constante. Es el equivalente a los electrones fluyendo del polo negativo al positivo de una batería.
3.2 El viaje de la gota de aceite en CA
Al poner en marcha la bomba de pistón alternativo la gota de aceite se verá sometida a un movimiento oscilatorio a la frecuencia determinada por la velocidad de la bomba. Al avanzar el pistón, la gota se desplaza unos milímetros; pero, instantáneamente, el pistón retrocede y la gota vuelve a su posición original. Si ilumináramos la tubería con una luz estroboscópica, veríamos a la gota tiritar de forma frenética, pero siempre encadenada a su misma parcela de tubo. Conclusión: La gota no se desplaza por el circuito. Por mucho tiempo que pase, la gota sigue exactamente en el mismo punto de partida y, sin embargo, se ha producido una transmisión de energía entre la bomba y el motor sin desplazamiento neto de materia
4. La paradoja de las máquinas eléctricas
Aquí es donde el símil revela la genialidad de la ingeniería eléctrica, porque las máquinas se comportan de forma opuesta a lo esperado. Las máquinas hidráulicas de nuestro símil de CC, son mecánicamente muy simples y robustas: una turbina hidráulica gira de forma fluida y continua porque el agua con la mayor energía viene siempre del mismo lado. Las de nuestro símil de CA muy complejas. Para generar esa oscilación del agua, necesitamos transformar el giro del motor de arrastre en un movimiento de vaivén del pistón mediante un sistema de biela-manivela. Y para aprovecharlo en el otro extremo, la turbina debe ser capaz de absorber ese empuje intermitente y volver a transformarlo en un movimiento de giro.
Sin embargo, el giro del rotor de un generador en el interior de un campo magnético produce de forma natural corriente alterna. Es decir: la máquina eléctrica sencilla es la de corriente alterna, mientras que la de continua necesita de un interruptor electromecánico —colector de delgas— complejo y muy propenso a averías para que lo que salga por sus bornes de conexión se parezca en algo a la corriente producida por una pila o una placa fotovoltaica. Esta es una de las razones que permitieron a Tesla ganar a Edison la «batalla de las corrientes»: las máquinas de CA son mucho más sencillas y robustas que las de CC.
“Cousas da vida!” que diría nuestro gran Castelao.
