Un importante límite físico

"Los rusos utilizan corriente continua en líneas de alta tensión". Esto contó una vez de pasada mi tío Gonzalo, hace más de sesenta años. Era experto en temas de electrónica y electrotecnia, puso a punto centros emisores de RNE y radares y balizamientos por los aeropuertos de toda España y de las entonces llamadas "provincias africanas"; por eso casi siempre estaba de viaje y pasaba poco tiempo en casa. Persona entrañable, le dedico este recuerdo.

Recuerdo que no me habría vuelto a la memoria sin la lectura de una serie de artículos en el blog The Oil Crash, concretamente el cuarto de la serie La lavadora de medianoche.

Allí encontré la razón del transporte de energía a larga distancia evitando la corriente alterna. Y la razón está en los límites que establece la velocidad de la luz, en función de la longitud de la línea. Cambiando la escala macro por la micro, hay más: esta misma razón limita la velocidad de los ordenadores, concretamente la del reloj que controla la velocidad de los impulsos. No puede enviarse un bit en un tiempo más corto que el que marca ese ciclo de reloj.

¿Qué tiene esto que ver con la velocidad de la luz? Trataré de explicarlo brevemente. La velocidad de transmisión de la corriente no puede ser mayor que la velocidad de la luz, la de todas las ondas electromagnéticas. La electricidad es producida en casi todos los casos por rotación, de forma que cada vuelta del alternador produce una onda, que en una primera aproximación supondremos que se transmite por los cables a esa velocidad. Con una vuelta por segundo, la onda producida tendría una longitud de 300 000 Km. Si gira 50 veces en ese tiempo, su longitud sería de 6 000 Km.

Onda de corriente alterna

La corriente que producen los alternadores es un flujo de electrones que se invierte a cada vuelta en un movimiento ondulatorio. En este movimiento, la velocidad que adquieren los electrones no es la de la onda, pues apenas es del orden de 1 mm por segundo: un mareo de ida y vuelta de unas pocas micras, dado que habitualmente la velocidad de rotación es de cincuenta ciclos por segundo (hercios). El reloj del ordenador es mucho más rápido, del orden de mil millones de veces por segundo.

Según esto, el periodo (duración de una onda), inverso de la frecuencia (número de ondas por unidad de tiempo) es para el alternador de veinte milisegundos (0,020 s) y para el ordenador del orden de un nanosegundo (0,000 000 001 s).

En estos tiempos la corriente recorrería respectivamente 6000 km de cable de alta tensión y 30 cm en los circuitos de un ordenador. Tales serían las respectivas longitudes de onda. Si la transmisión está limitada entre un punto de emisión y otro de recepción, cuando la longitud de la línea coincida con la longitud de onda o sea múltiplo de ella, se producirán ondas estacionarias que pueden provocar interferencias destructivas.

Ondas estacionarias

"En transmisión de ondas de radio, las ondas estacionarias en las líneas de transmisión aparecen por las reflexiones que se producen en los puntos en que hay desadaptación de impedancias.

Son sumamente peligrosas para la integridad física de los componentes, debido a la energía que retorna hacia los dispositivos emisores. Una onda estacionaria de amplitud excesiva en la línea de transmisión, podría incluso destruir al equipo transmisor."

Onda estacionaria en una cuerda. Los puntos rojos representan los nodos de la onda

Comparando esto con los efectos de la corriente alterna en los músculos se podría hablar de tetanización.

La corriente alterna tiene estos efectos por el cambio de sentido que se produce en la circulación electrónica cada media vuelta. Para evitarlos se puede sustituir el alternador por una dinamo, que cada media vuelta cambia el sentido de la corriente. Sin embargo lo habitual en las redes es utilizar alternadores que además integran tres circuitos para transmitir, con desfase de 120º (un tercio de vuelta), corriente trifásica.

6000 km es una distancia considerable, que introduciría el riesgos de interferencia destructiva en transporte a larga distancia. Sin embargo, el cálculo se ha hecho con la velocidad de la luz en el vacío, y cuando las ondas electromagnéticas se desplazan en un medio material su velocidad disminuye. Para aquellos materiales transparentes a la luz visible la velocidad resulta de dividirla por su índice de refracción. Para el diamante, seguramente el cristal de mayor índice de refracción (de ahí su brillo y su precio), a su índice de 2,4 corresponde una velocidad de unos 124 000 km/s.

No sé si se puede hablar de índice de refracción para metales opacos, pero la velocidad de las ondas electromagnéticas debe ser en su seno bastante menor menor. Lo cierto es que los problemas en las redes eléctricas surgen a partir de unos 600 km. Con esta limitación es problemático el transporte de corriente alterna a mayores distancias. La península ibérica resulta ser prácticamente una isla energética, y esto es lo que ha justificado la excepción ibérica.

Claro que, como el problema se presenta para la corriente alterna, que es la que se produce primariamente, si la convertimos en continua no se presenta este riesgo de "efecto rebote" de la onda, y los electroncitos, en lugar de su corto baile de San Vito, pueden seguir su lenta y sincopada cabalgata para llegar a su destino, allá por el año 3000.

Y ahí debe estar el intríngulis de aquello que me contaba mi querido tío. Porque claro ¡Siberia es tan grande!

La conversión de alterna a continua requiere el empleo del rectificador. Este aparatejo da media vuelta a la mitad de la onda y de este modo desaparece el inoportuno rebote. Aunque luego, si se quiere insuflar en otro sistema alterno y trifásico habrá que invertir el proceso, todo ello con cierta complicación tecnológica y grave pérdida de eficiencia energética.

Rectificador

Este tipo de rectificador se utiliza en numerosos aparatos electrónicos. Ignoro cómo pueden ser los de gran escala, sin duda necesarios para la transformación en los nodos de las grandes redes de alta tensión, pero el principio de su funcionamiento es con seguridad el mismo.

El rectificador de media onda aprovecha únicamente la mitad "de ida":

Rectificador de media onda

Algo más complejo y de mejor aprovechamiento es el de onda completa:

Rectificador de onda completa

Quedan por explicar las repercusiones de estas limitaciones relativistas introducen en la escala "macro" de las redes eléctricas y en la "micro" de la computación. Pero eso será otro día...