Guerra das Correntes

Question book-4.svg
Esta página ou secção cita fontes confiáveis e independentes, mas que não cobrem todo o conteúdo, o que compromete a verificabilidade (desde dezembro de 2014). Por favor, insira mais referências no texto. Material sem fontes poderá ser acadêmico)

A Guerra das Correntes (ou Batalha das Correntes) foi uma disputa entre George Westinghouse e Thomas Edison que ocorreu nas duas últimas décadas do século XIX. Os dois tornaram-se adversários devido à campanha publicitária de Edison pela utilização da corrente contínua para distribuição de eletricidade, em contraposição à corrente alternada, defendida por Westinghouse e Nikola Tesla.

Durante os primeiros anos de fornecimento de eletricidade, a corrente continua foi determinada como padrão nos Estados Unidos e Edison não estava disposto a perder os rendimentos de sua patente. A corrente contínua funciona bem com lâmpadas incandescentes, responsáveis pela maior parte do consumo diário de energia, e com motores. Tal corrente podia ser diretamente utilizada em baterias de armazenamento, promovendo valiosos níveis de carregamento e reservas energéticas durante possíveis interrupções do funcionamento dos geradores. Os geradores de corrente contínua podiam ser facilmente associados em paralelo, permitindo a economia de energia através do uso de dispositivos menores durante períodos de alto consumo elétrico, além de melhorar a confiabilidade. O sistema de Edison inviabilizava qualquer motor a corrente alternada. Edison havia inventado um medidor para permitir que a energia fosse cobrada proporcionalmente ao consumo, mas o medidor funcionava apenas com corrente contínua. Até 1882, estas eram as únicas vantagens técnicas significantes do sistema de corrente contínua.

A partir de um trabalho com campos magnéticos rotacionais, Tesla desenvolveu um sistema de geração, transmissão e uso da energia elétrica proveniente de corrente alternada. Tesla fez uma parceria com George Westinghouse para comercializar esse sistema. Westinghouse comprou com antecedência os direitos das patentes do sistema polifásico de Tesla, além de outras patentes de transformadores de corrente alternada, de Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs, dessa forma driblando o monopólio de patentes reivindicado por Thomas Edison.

Havia diversas explicações para essa rivalidade. Edison era um experimentador voraz, mas não era matemático. A corrente alternada não pode ser devidamente entendida ou aproveitada sem um conhecimento substancial de matemática e física, o que Tesla possuía. Tesla havia trabalhado para Edison, mas foi subestimado (por exemplo, quando soube das ideias de Tesla da transmissão de energia por corrente alternada, Edison recusou-as: "As ideias (de Tesla) são magníficas, mas não são nada práticas"[2]). Maus sentimentos foram exacerbados quando Tesla foi enganado por Edison, que prometeu-lhe uma recompensa por seu trabalho.[3][4] Edison, mais tarde, teria se arrependido, por não ter ouvido Tesla e utilizado corrente alternada.[5]

Distribuição de eletricidade

Os dois sistemas concorrentes

O sistema de distribuição de corrente contínua consistia de centrais de geração e alimentação com espessos condutores para a distribuição, derivando deles a fração destinada ao consumo doméstico (iluminação e eletrônicos). Todo o sistema operava à mesma tensão. Por exemplo, lâmpadas de 100 volts para o consumo doméstico seriam conectadas a um gerador de fornecimento de 110 volts, prevendo uma possível queda de tensão entre o gerador e a resistência ligada a ele. O nível de tensão foi escolhido por conveniência na fabricação de lâmpadas; lâmpadas de filamentos de carbono de alta resistência poderiam ser fabricadas para resistir a 100 volts e para fornecer iluminação de desempenho econômico comparável à iluminação a gás. Ao mesmo tempo, era sabido que 100 volts provavelmente não constituem um perigo grave de eletrocussão.

Para poupar o custo dos condutores de cobre, era utilizado um sistema de três fios para a distribuição. Os três fios eram ligados a um potencial de 110 volts, 0 volt e -110 volts cada. Lâmpadas de 100 volts poderiam funcionar quer entre os suportes de +110 ou -110 volts do sistema e o condutor neutro de zero volt, que só mantém o desequilíbrio entre as duas fontes positiva e negativa. O sistema resultante de três fios utilizava menos cabos de cobre para uma determinada quantidade de energia elétrica transmitida, o que ainda mantinha (relativamente) a baixa tensão. Entretanto, mesmo com esta inovação, a queda de tensão devida à resistência dos condutores do sistema era tão alta que as usinas geradoras tinham que se localizar dentro de uma milha (1 a 2 km), ou pouco mais, dos centros de consumo. Tensões maiores não poderiam ser utilizadas tão facilmente com o sistema contínuo, pois não havia uma tecnologia eficiente de baixo custo que permitisse a redução de alta tensão para uma tensão mais baixa.

No sistema de corrente alternada, transformadores são utilizados entre o conjunto de alta tensão e os centros de consumo. Lâmpadas e máquinas pequenas assim podiam funcionar numa tensão menor conveniente. Além disso, os transformadores permitem que a energia seja transmitida sob tensões muito mais elevadas, digamos, dez vezes maiores que as destinadas ao consumo. Para uma determinada quantidade de energia conduzida, a espessura do fio é inversamente proporcional à tensão utilizada. Alternativamente, o comprimento máximo de uma linha de transmissão, dados o diâmetro do fio e a queda de tensão admissível, aumentaria aproximadamente com o quadrado da tensão de distribuição. Tal fato tinha o significado prático de que usinas geradoras menores ou maiores poderiam cobrir a demanda de consumo de uma determinada área. Aparelhos enormes de consumo elétrico como motores industriais ou conversores de energia elétrica de transporte ferroviário podiam ser ligados pela mesma rede de distribuição que alimentava a iluminação doméstica, através de um transformador acessório com uma tensão adequada.

Análise do primeiro sistema de transmissão elétrica

A resposta de Edison às limitações do sistema de corrente contínua foi simplesmente gerar energia nos locais próximos ao consumidor (hoje chamado de geração distribuída), além de instalar condutores de grandes dimensões para lidar com a crescente demanda de eletricidade. Porém, tal solução mostrou-se dispendiosa (especialmente em zonas rurais que não podiam conceder recursos para a construção de uma estação local[6] ou pagar pela grande quantidade de grossos fios de cobre), não prática (incluindo, mas não se limitando, uma ineficiente conversão de tensão), e de difícil manejo. Edison e seus sócios, no entanto, teriam se beneficiado amplamente a partir da construção de um grande número de usinas elétricas, necessárias para a introdução da eletricidade em várias comunidades.

A corrente contínua não podia ser facilmente alterada para uma tensão menor ou maior. Isto significava que linhas elétricas tinham de ser instaladas separadamente, a fim de prover energia para aparelhos que funcionavam a diferentes tensões, por exemplo, a iluminação e os motores elétricos. Isso levou a um aumento do número de cabos para instalação e sustentação, desperdiçando dinheiro e introduzindo riscos desnecessários. Um certo número de mortes da Grande Nevasca de 1888 foi atribuído ao desabamento dos cabos suspensos de energia em Nova York.[7][8]

Já a corrente alternada podia ser conduzida: a longas distâncias em altas tensões e a baixas correntes, utilizando condutores mais finos (portanto, com maior eficiência de transmissão), e depois era convenientemente diminuída para baixas tensões, para a utilização em residências e fábricas. Quando Tesla introduziu o sistema de geradores, transformadores, motores, fios e luzes a corrente alternada, em novembro e dezembro de 1887, tornou-se claro que esse tipo de corrente era o destino futuro para a distribuição de energia elétrica, embora o sistema contínuo fosse utilizado nos centros das áreas metropolitanas por décadas subsequentes.

A baixa frequência (50 a 60 Hz) da corrente alternada pode ser mais perigosa do que níveis similares de corrente contínua, uma vez que as flutuações alternadas podem fazer com que o coração perca a coordenação do ritmo cardíaco ao provocar a fibrilação ventricular, que rapidamente leva à morte dentro de seis a oito minutos, por deficiência de oxigênio no cérebro e na medula óssea.[9] No entanto, qualquer sistema de distribuição prático utiliza níveis de tensão suficientes o bastante para que uma quantidade perigosa de corrente flua, seja corrente contínua ou alternada. Apesar da precaução contra a eletrocussão ser similar, em última análise as vantagens da transmissão de energia por corrente alternada compensam esse risco teórico. Por isso, a corrente alternada acabou sendo adotada como padrão mundial.

Patente US390721 de Tesla de um "Dínamo Elétrico".

O fim da transmissão contínua

A vantagem da corrente alternada para a distribuição de energia à distância é devida à facilidade de variação da tensão com um transformador. A potência elétrica (energia elétrica por unidade de tempo) é o produto da corrente pela tensão aplicada (P = U×I). Para uma determinada quantidade de energia, uma baixa tensão requer uma corrente maior e uma alta tensão uma corrente menor. Uma vez que cabos metálicos condutores possuem uma certa resistência elétrica, parte da energia será desperdiçada em forma de calor dentro dos fios. Esta perda de energia é dada por P = I²R. Assim, se a potência transmitida é a mesma, e se são conhecidas as restrições de tamanho de condutores práticos, as transmissões a baixa tensão e a alta corrente sofrerão uma perda de potência muito maior que os sistemas a alta tensão e baixa corrente. Isto se aplica tanto à corrente contínua como à alternada.

A conversão de energia em corrente contínua de uma tensão a outra era difícil e dispendiosa, devido à necessidade de um enorme conversor giratório ou um conjunto motor-gerador, enquanto que a mudança de tensão em corrente alternada pode ser feita com as bobinas simples e eficazes do transformador, que não possuem partes móveis e não exigem manutenção. Esta foi a chave para o sucesso do sistema de corrente alternada. Redes de transmissão modernas utilizam regularmente a tensão alternada em até 765 mil volts.[10]

Apesar das vantagens, as linhas de transmissão em corrente alternada apresentam outros empecilhos não observados na corrente contínua. Devido ao chamado efeito pelicular, um condutor terá uma maior resistência à corrente alternada do que à corrente contínua; essa resistência pode ser medida e daí o significado prático para amplos condutores serem ligados na ordem de milhares de ampères. O aumento da resistência devido ao efeito pode ser compensado alterando-se o formato dos condutores, de um miolo sólido para um trançado de vários fios de menor espessura (cabo).