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El motor de inducción es uno de los inventos más importantes de la historia moderna. Hizo girar las ruedas del progreso a una nueva velocidad e inició oficialmente la segunda revolución industrial al mejorar drásticamente la eficiencia en la generación de energía y hacer posible la distribución de electricidad a larga distancia. Hoy en día, las máquinas no solo encienden las luces de su hogar, sino que también alimentan muchos dispositivos mecánicos que la gente da por sentado, desde aspiradoras y cepillos de dientes eléctricos hasta el elegante Tesla Motors Model S.

Uno de los motores eléctricos Tesla originales de 1888. Hasta el día de hoy, este diseño es el principal generador de energía para la industria y los electrodomésticos. Crédito: Wikimedia Commons

El primer motor de inducción fue inventado por el famoso Nikola Tesla en 1887 en su taller en 89 Liberty Street, Nueva York. Se dice que este talentoso inventor tuvo una visión de su motor AC un día soleado en Budapest, 1882, mientras recitaba estrofas de Goethes Faust.

A esa edad, me sabía libros enteros de memoria, palabra por palabra. Uno de ellos fue Goethes Fausto. El sol se estaba poniendo y me recordó el pasaje glorioso, Sie ruckt und weicht, der Tag ist uberlebt, Dort eilt sie hin und fordert neues Leben. ¡Oh, da kein Flugel mich vom Boden hebt Ihr nach und immer nach zu streben! Ein schner Traum indessen sie entweicht, Ach, au des Geistes Flgeln wird so leicht Kein krperlicher Flgel sich gesellen! Mientras pronunciaba estas inspiradoras palabras, la idea vino como un relámpago y en un instante se reveló la verdad. Dibujé con un palo en la arena, el diagrama que se muestra seis años después en mi discurso ante el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, y mi compañero los entendió perfectamente.

Las imágenes que vi eran maravillosamente nítidas y claras y tenían la solidez del metal y la piedra, tanto que le dije, Mira mi motor aquí; Mírame invertirlo. No puedo empezar a describir mis emociones. Pigmalión, al ver que su estatua cobraba vida, no podía sentirse más profundamente conmovido. Habría dado mil secretos de la naturaleza con los que podría haber tropezado accidentalmente por el que le había arrebatado contra viento y marea y con peligro de mi existencia.

En el verano de 1883, mientras estaba en París, Tesla construyó su primer motor de inducción real y lo vio funcionar. Tesla navegó hacia América en 1884 y llegó a Nueva York con cuatro centavos en el bolsillo, algunos de sus propios poemas y cálculos para una máquina voladora. Después de algunos trabajos ocasionales, Thomas Edison lo contrató y le encargó mejorar la dínamo para su motor de corriente continua. Ni los inversores de Edison ni los de Edison estaban interesados ​​en los planes de Tesla para la corriente alterna.

En un motor de corriente continua, un imán que suministra un campo magnético está fijo en su lugar y forma la parte exterior estática del motor. Esto se llama el estator. Se suspende una bobina de alambre entre los polos del imán y se engancha a una fuente de energía de corriente continua, como una batería. La corriente que atraviesa el cable produce un campo magnético temporal (es un electroimán), que repele el campo del imán permanente y hace que el cable se voltee.

Normalmente, el cable se detendría después de una vuelta y volvería a girar, sin embargo, un componente clave llamado conmutador invierte la corriente cada vez que el cable gira. De esta manera, el cable puede seguir girando en la misma dirección mientras la corriente siga fluyendo.

El motor de CC fue concebido por Michael Faraday en la década de 1820 y William Sturgeon lo convirtió en un invento práctico una década más tarde.

Después de una pelea con el inventor estadounidense, Tesla dejó el laboratorio de Edison y se asoció con George Westinghouse en 1888, a quien vendió la patente de la tecnología de corriente alterna polifásica de Tesla. Su asociación se volvió muy lucrativa, ganando numerosos contratos, incluido uno que suministró electricidad a la Feria Mundial de Chicago de 1893.

Sin embargo, la primera gran oportunidad de los motores de CA se produjo cuando se eligió el diseño de corriente alterna polifásica de Tesla para aprovechar la potencia de las Cataratas del Niágara ese mismo año.

Desde su infancia, el propio Tesla había soñado con aprovechar el poder de la gran maravilla natural. En su autobiografía Mis inventos decía:

En el salón de clases había algunos modelos mecánicos que me interesaron y llamaron mi atención hacia las turbinas de agua.

Después de escuchar una descripción de las grandes Cataratas del Niágara:

Me imaginé en mi imaginación una gran rueda que corría junto a las cataratas.

Le proclamó a su tío que un día iría a América y llevaría a cabo este plan.

Patente estadounidense 382.279 para un motor electromagnético otorgada a Nikola Tesla en 1888.

A pesar de la propaganda de Edison destinada a desacreditar a Tesla como inventor y la corriente alternativa como tecnología viable, cosas como demostraciones públicas en las que los animales fueron brutalmente electrocutados con los diseños de AC Tesla siguieron el curso natural del progreso. A medida que la corriente continua viaja a través de las líneas de transmisión, la resistencia acumulada en los cables reduce en gran medida la energía eléctrica suministrada al consumidor. AC, por otro lado, no sufre la misma pérdida y puede viajar grandes distancias con mucha menos pérdida de potencial. Los transformadores también pueden aumentar o disminuir el voltaje de la corriente alternativa, por lo que la electricidad se puede producir a alta potencia en las estaciones generadoras y luego reducirse en el punto de distribución local.

La corriente alternativa invierte su dirección unas 50 veces por segundo (~50 Hz), por lo que un motor eléctrico necesita un diseño radicalmente diferente del motor de CC.

En un motor de CA, el estator se compone de un anillo de pares de electroimanes que producen un campo magnético giratorio. A diferencia de un motor de CC donde la potencia se envía al rotor interior, en un motor de CA la potencia se acopla a estos electroimanes para inducir el campo. El truco brillante radica en energizar los electroimanes a la vez, en pares. Cuando un par está completamente activo, el otro está completamente apagado.

Cuando las bobinas están energizadas, producen un campo magnético que induce una corriente eléctrica en el rotor, que es un conductor eléctrico, según la ley de Faraday. La nueva corriente produce su propio campo magnético que intenta oponerse al campo que la produjo en primer lugar, según la ley de Lenz. Este juego de captura entre los dos campos magnéticos es lo que finalmente hace girar el rotor.

En el siglo XX, la distribución de energía eléctrica experimentó una expansión masiva en todo el mundo. En la primera década del siglo, por ejemplo, se consideraba grande una unidad generadora con una capacidad de 25.000 kilovatios. Pero en 1930, la unidad más grande de los Estados Unidos tenía una capacidad de 208 000 kilovatios, con presiones que excedían las 1200 libras por pulgada cuadrada. Impulsado por la economía de escala, el precio por kilovatio-hora de electricidad se desplomó drásticamente, lo que eventualmente ayudó a electrificar a toda la nación. Y con tanta energía a nuestra disposición, de repente, el mundo estaba listo para florecer tecnológicamente.

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