Las torres de Tesla: Pikes Peak, Wardenclyffe y la transmisión inalámbrica de energía
Incluso un genio como Tesla no pudo escapar a las reglas del mercado para el éxito de los productos: Ser el primero en llegar al mercado, ofrecer un buen valor y superar a la competencia.
Nikola Tesla se hizo famoso en parte como resultado de sus inventos para la distribución de energía por cable. Sabía que los productos de éxito eran los primeros en salir al mercado, ofrecían servicios económicos y necesitaban una financiación adecuada para su desarrollo. Conquistó todos los retos técnicos. Sin embargo, a punto de ofrecer un sistema de energía inalámbrico, las fuerzas se combinaron para dejar en la ruina tanto la Torre de Tesla como su sueño de suministrar al mundo abundante energía.
¿Qué descubrió Tesla en su laboratorio de Pikes Peak, Colorado, que le hizo pensar que su tecnología disruptiva funcionaría? Echemos un vistazo.
Una torre de transmisión
La torre Wardenclyffe, construida en Shoreham, Nueva York, cerca del complejo turístico de James Warden, Wardenclyffe-on-Sound, no estaba pensada originalmente para la transferencia inalámbrica de energía. Inicialmente, John Pierpont (J.P.) Morgan pretendía utilizarla como parte de una inversión en un sistema de comunicaciones inalámbricas.
En ese momento, Guglielmo Marconi estaba transmitiendo los resultados de las carreras de yates desde los transatlánticos. Morgan pensó que el siguiente paso sería transmitir los resultados de las carreras y las noticias desde América a Londres. Quería un sistema mejor que el de Marconi, y Tesla se alegró de contar con el respaldo de una persona tan influyente.
Tiempos experimentales
En 1899, Tesla estaba experimentando en Colorado mientras Marconi realizaba demostraciones de radio inalámbrica en Inglaterra y América. El periódico New York Herald invitó a Marconi a informar sobre la regata internacional de la Copa América que se celebraba en Nueva York ese año. Mientras tanto, a Tesla le habían prometido terrenos y energía gratuita para un laboratorio experimental en Pikes Peak, Colorado.
Cuando Tesla se trasladó a Colorado, ya era una celebridad. Había colaborado con éxito con George Westinghouse para mostrar la promesa de la corriente alterna (CA) proporcionando energía e iluminación para la Exposición Universal de Chicago de 1893. En 1896 volvieron a colaborar para proporcionar una central hidroeléctrica en las cataratas del Niágara.
La corriente alterna polifásica de Tesla es la distribución de energía de facto para los sistemas de alimentación por cable que hoy damos por sentado. Tesla se impuso a Thomas Edison y su sistema de corriente continua (DC) para la distribución de energía a gran escala porque la tecnología era más eficiente.
A partir de las patentes de Tesla, Westinghouse pudo suministrar abundante energía eléctrica para equipos, trenes y ciudades, sentando las bases de gran parte de nuestra infraestructura energética actual.
Nicola Tesla en su Iaboratorio de Pikes Peak. Imagen cortesía de la Wellcome Library
Tesla y la transmisión inalámbrica de energía
A pesar del éxito que había encontrado con los generadores de energía y los sistemas de distribución en cuyo diseño participó, Tesla estaba interesado en la transmisión inalámbrica de energía eléctrica. Para ponerlo en perspectiva, sólo 11 años antes, en 1888, Heinrich Hertz había confirmado las teorías de James Clerk Maxwell conocidas como ecuaciones de Maxwell.
Haciendo sus propios experimentos, Tesla inventó un transformador eléctrico resonante en 1891, conocido como la bobina de Tesla, o bobina de Tesla. Tesla esperaba que sus transformadores también pudieran suministrar energía. Tesla declaró en su solicitud de patente para un transformador eléctrico en 1897 que en realidad era un dispositivo para la «transmisión de energía a larga distancia». Hay que tener en cuenta que si Tesla tuviera éxito en su empeño, la distribución de energía habría sido totalmente revolucionada en la historia de la humanidad.
En Pikes Peak, la combinación del clima (muchas tormentas eléctricas), la energía gratuita de la compañía eléctrica El Paso de Colorado Springs y la financiación de John J. Astor proporcionó a Tesla el entorno de laboratorio perfecto tanto para observar los rayos naturales como para crear «los suyos propios» utilizando sus transformadores.
Tesla pudo observar cómo actuaban los rayos naturales y cómo se desplazaban por el suelo en algunos casos. Observó cómo el aire permanecía cargado después. Experimentó con su transformador, observando los arcos y cómo se reflejaban las descargas. Incluso las descargas de una pequeña bobina de Tesla habrían sido fascinantes en Pikes Peak y Tesla no hizo una pequeña!
El laboratorio de Colorado de Tesla tenía una de las mayores bobinas jamás construidas. Las descargas eléctricas del laboratorio podían verse a kilómetros de distancia. Los experimentos de Tesla recibieron suficiente publicidad como para que J.P. Morgan, el financiero responsable de la fusión que dio lugar a General Electric, invirtiera en la empresa de Tesla, proporcionando los fondos necesarios para traer a Tesla de vuelta a la Costa Este y comenzar a trabajar en la Torre Wardenclyffe.
A partir de este movimiento, Morgan tenía una participación en una empresa de comunicaciones inalámbricas. Esto complementaría todas las otras industrias en las que estaba invertido en ese momento. Basándose en la reputación de Tesla y en lo que éste presentaba, ambos hombres estaban seguros de que el sistema de Tesla superaría al de Marconi. Morgan firmó un contrato con Tesla en marzo de 1901 para un sistema de comunicaciones inalámbricas.
Un ejemplo de un experimento moderno de bobina de Tesla
La torre Wardenclyffe y los logros de Marconi
Tesla comenzó inmediatamente a trabajar en el sistema, adquiriendo terrenos y construyendo la torre. El diseño preveía una torre de 187 pies de altura y que se hundiera en la tierra 300 pies.
En diciembre de ese año, Marconi sorprendió al mundo transmitiendo la letra «S» en código Morse a través del Océano Atlántico. Con un equipo mucho más sencillo que la enorme torre que Tesla estaba construyendo, Marconi transmitía señales a través del océano.
Cuando Marconi ya se atribuía avances revolucionarios en la comunicación inalámbrica, Tesla se dio cuenta de que los futuros inversores no estarían interesados en su sistema de comunicación inalámbrica si podían lograr lo mismo con la tecnología de Marconi. Tesla también sospechaba que Marconi utilizaba equipos que Tesla había patentado, pero no tenía dinero para investigar el asunto.
Sin consultar a Morgan, Tesla amplió el diseño de la torre e incluyó la distribución de energía en las especificaciones. Su objetivo era que la torre se convirtiera en un sistema completo: un centro integrado de energía y comunicaciones.
Morgan no estaba contento cuando se dio cuenta de que (1) el sistema de comunicaciones en el que había invertido no se iba a construir y (2) el sistema rediseñado costaría mucho más. En una tormenta perfecta de incertidumbre, Morgan se vio envuelto en el Pánico económico de 1901 con la caída de la bolsa en mayo. Luego, el presidente McKinley fue asesinado en septiembre de ese año. A los pocos meses de firmar el contrato de Tesla, todo el panorama financiero había cambiado. Morgan rechazó la petición de Tesla de invertir más dinero y la relación entre los dos hombres no continuó de forma amistosa.
Cualquiera que fuera la relación entre Tesla y Marconi anteriormente, se volvió polémica cuando Marconi (junto con Karl Ferdinand Braun) recibió el Premio Nobel de Física en 1909. Su relación se convirtió entonces en una de litigantes, plagada de batallas de patentes y contrademandas. La Torre abandonada fue finalmente derribada en 1917 y sus activos se utilizaron para pagar las deudas de Tesla.
¿Pero qué aprendió Tesla en su laboratorio de Colorado que le hizo convencerse de que podía suministrar energía de forma inalámbrica en Wardenclyffe?
Las lecciones de Pikes Peak
En Colorado, el laboratorio de Tesla tenía un mástil central -de 42 pies de altura- con una esfera de cobre en la parte superior. Aunque era bastante grande, seguía siendo más pequeño que la Torre Wardenclyffe.
La parte del transformador tenía un bobinado descrito de más de 15 metros de diámetro. Tesla podía transmitir grandes arcos eléctricos, así como electrificar el suelo circundante. Las observaciones y experimentos de Tesla lo llevaron a concluir lo siguiente:
- La Tierra actúa como un conductor. La electrificación de la Tierra proporciona un medio de transmisión de energía eléctrica. Esta parece ser la forma en que Tesla pudo encender bombillas eléctricas colocadas en el suelo a cierta distancia del generador de energía.
- Hay ondas eléctricas permanentes que quedan en la estela de un rayo.
- La ionosfera puede reflejar ciertas ondas eléctricas. No necesariamente viajan a través de la ionosfera y continúan propagándose.
- La superficie de la Tierra y la ionosfera forman un canal donde las ondas de radio de muy baja frecuencia (en el rango de 3 kHz a 30 kHz) viajan con una pérdida mínima. Estas ondas viajan continuamente alrededor de la Tierra, reflejándose una y otra vez entre la superficie terrestre y la ionosfera. Tesla sugirió que había una frecuencia natural de 8 Hz para estas oscilaciones.
Había algunos antecedentes para las ideas de Tesla. En 1872, tanto Mahlon Loomis como William Henry Ward habían solicitado patentes en las que se mencionaba la electricidad atmosférica y una capa eléctrica atmosférica que podía transportar señales.
Con este conocimiento, es fácil ver cómo Tesla podía imaginar un enorme sistema eléctrico en el que la Tierra y la ionosfera proporcionaban un potencial para que los hogares y las empresas se conectaran a una red universal de electricidad. Utilizando su transformador para suministrar cantidades masivas de electricidad, y con la Tierra y la ionosfera actuando como capa conductora, cualquier residencia o edificio con receptores y conexión a tierra adecuados podría convertirse en una rama alimentada por la red.
Representación gráfica de la Torre Wardenclyffe
¿Cómo lo hizo Tesla?
En su libro, Wireless Telegraphy, la versión traducida publicada en 1915, el Dr. Jonathan Zenneck discutió el campo de las ondas electromagnéticas en la superficie de la Tierra. Zenneck estaba interesado en las ecuaciones de Maxwell en los límites de la superficie y menciona en el libro que la Tierra es conductora.
El físico alemán Winfried Otto Schumann predijo que existían ondas estacionarias electromagnéticas en la cavidad entre la superficie de la Tierra y la ionosfera. En 1954 se confirmó esta teoría. Se descubrió que esta «resonancia Schumann» se producía a una frecuencia fundamental de 7,83 Hz. Hoy en día, los radioaficionados dependen de la reflexión de la ionosfera para establecer contacto a larga distancia.
Todos estos descubrimientos demuestran que la comprensión de Tesla de los fenómenos que presenció y exploró en su laboratorio de Pikes Peak han sido validados.
¿Habría seguido su Torre a sus otros éxitos si no se hubiera acabado el dinero? Esta pregunta sigue siendo objeto de debate. En un sentido, la Torre no fue un fracaso. Las notas de Tesla sobre los resultados de sus experimentos en Colorado son incompletas porque se basó en su memoria más que en registros escritos. Sin embargo, para construir la torre de Pikes Peak, tuvo que documentar sus planes, el equipo necesario y las patentes que solicitó, dejando un rastro para los futuros investigadores.
En cuanto a si Tesla tenía razón en lo que imaginaba para un mundo que incorporara la transferencia de energía inalámbrica, todavía puede haber tiempo para decirlo. Se están llevando a cabo esfuerzos de crowdfunding con el objetivo de recrear la Torre de Tesla.
Resumen
Tesla avanzó en el conocimiento de la electricidad y la distribución de energía en formas de las que todavía nos beneficiamos hoy. Sus experimentos con los motores de inducción, la iluminación fluorescente y la corriente alterna constituyen la base de nuestro panorama técnico.
Hoy en día, su visión de la energía inalámbrica sólo se está realizando en una pequeña parte. Aunque la Torre de Tesla nunca logró lo que él esperaba, gracias a que documentó sus planes y patentes en preparación de la Torre, podemos ver su visión de un mundo con abundante energía.