La elección de CA en lugar de CC para la electricidad doméstica es un resultado integral basado en la eficiencia de transmisión de energía, la compatibilidad de los equipos y la evolución tecnológica histórica. La lógica central gira en torno a «cómo transportar electricidad desde centrales eléctricas remotas a miles de hogares a bajo costo y con mínimas pérdidas».

1. La principal ventaja de la CA es la implementación eficiente de la transmisión de energía a larga distancia.

Existe una brecha geográfica natural entre la producción y el consumo de energía: las grandes centrales eléctricas (como las hidroeléctricas y las térmicas) suelen construirse en zonas ricas en recursos o alejadas de las zonas urbanas, y necesitan transportar electricidad a cientos o incluso miles de kilómetros de zonas residenciales. Durante este proceso, al circular la corriente por la línea de transmisión, se producen pérdidas térmicas debido a la resistencia de los cables (según la ley de Joule: las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente). Si no se controlan las pérdidas, se desperdiciará una gran cantidad de electricidad durante la transmisión, lo que provocará un aumento repentino de los costes de suministro eléctrico.

El valor clave de la CA reside en su capacidad de lograr fácilmente “subidas y bajadas de tensión” a través de transformadores (dispositivos con estructura simple, bajo coste y sin partes móviles):

• Refuerzo de la planta de energía: La tensión de CA generada por la central eléctrica es de aproximadamente 12 000 V, que se eleva primero a una tensión alta de 115 kV, 230 kV o incluso 765 kV mediante un transformador elevador. Según la fórmula de potencia, con una potencia total constante, un aumento de la tensión reducirá significativamente la corriente, lo que reducirá la pérdida de calor de la línea de transmisión (por ejemplo, si la tensión se multiplica por 10 y la corriente se reduce a 1/10, la pérdida es solo 1/100 de la original), y la pérdida de transmisión final puede controlarse dentro del 5 %.

• Reducción de voltaje antes de entrar al hogar: Después de que la electricidad llega a la ciudad, primero se reduce a alrededor de 12 kV mediante el transformador de reducción de voltaje de la subestación, que se utiliza para la distribución local dentro de la ciudad; finalmente, el voltaje se reduce aún más a estándares domésticos seguros (como 120 V en América del Norte y 230 V en China/Europa) a través de pequeños transformadores ubicados en áreas residenciales o calles, para evitar el peligro del alto voltaje para la salud humana y los electrodomésticos.

Por otro ladoLa CC, debido a su tensión y dirección de corriente constantes, no puede generar un campo magnético variable. El principio de funcionamiento de los transformadores se basa en la inducción de tensión por campos magnéticos variables, por lo que la CC no puede lograr subidas y bajadas de tensión mediante transformadores convencionales. Si se utiliza forzosamente la transmisión de CC, esta solo puede transmitirse a baja tensión y alta corriente, lo que resulta en pérdidas de línea extremadamente altas (por ejemplo, la pérdida en una línea de CC de 100 kilómetros puede superar el 50%), lo que obliga a construir centrales eléctricas cerca de los usuarios (generalmente a menos de 1,6 km), lo que no puede satisfacer las necesidades de suministro eléctrico a gran escala de las ciudades.

2. Compatibilidad natural entre el aire acondicionado y los electrodomésticos.

En la vida diaria, los electrodomésticos (desde los grandes hasta los pequeños) suelen depender de variadores de frecuencia de CA o son más adecuados para la alimentación de CA. Esta compatibilidad se debe a las características y ventajas en el coste de fabricación de la CA:

• Adecuado para los principales tipos de motores: Refrigeradores, lavadoras, aires acondicionados, campanas extractoras y otros electrodomésticos grandes, con motores de inducción de CA como componente principal. Este tipo de motor tiene una estructura simple (sin necesidad de componentes vulnerables como conmutadores), baja tasa de fallos, un coste controlable y puede aprovechar directamente las características alternas de la CA para lograr el arranque automático sin necesidad de componentes electrónicos adicionales. Los motores de CC (como los primeros motores de CC con escobillas) requieren conmutadores mecánicos para cambiar la dirección de la corriente, que son propensos al desgaste y tienen una vida útil corta. Incluso los motores de CC sin escobillas modernos requieren controladores complejos para funcionar y, históricamente, su fabricación ha sido mucho más costosa que la de los motores de CA.

• Compatible con equipos de calefacción e iluminación: Los equipos de calentamiento por resistencia, como hornos eléctricos, calentadores de agua y calentadores eléctricos, aunque teóricamente son compatibles con CA y CC (la corriente que pasa por las resistencias genera calor), dado que la CA es un estándar unificado para la red eléctrica, no requieren convertidores adicionales de CA a CC, lo que reduce significativamente los costos de producción y la tasa de fallas. Las primeras lámparas incandescentes y las posteriores lámparas fluorescentes también pueden conectarse directamente a la red eléctrica de CA para su funcionamiento. Si bien las luces LED modernas funcionan principalmente con CC, solo necesitan integrar un pequeño rectificador (de costo extremadamente bajo) para adaptarse a la CA doméstica sin modificar la arquitectura de la red eléctrica.

3. La “Guerra de la Corriente Eléctrica” estableció la posición dominante de la CA a finales del siglo XIX, determinando directamente que la CA se convirtiera en el estándar mundial para la electricidad doméstica.

Detrás de esto había una competición práctica de dos rutas tecnológicas:

• Limitaciones de la solución de CC de Edison: El inventor Edison promovió inicialmente los sistemas de alimentación de CC y construyó las primeras centrales eléctricas de CC en Nueva York. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, la CC no puede transmitirse a largas distancias, y su alcance de suministro está limitado a una milla alrededor de la central. Para evitar pérdidas, se requieren cables gruesos (lo cual es costoso) y no pueden satisfacer las necesidades de la expansión urbana.

• La innovadora solución de CA de Tesla: El físico Tesla inventó un sistema de CA multifásico y un motor de inducción de CA, resolviendo así los problemas fundamentales de la transmisión y aplicación de la CA. El empresario Westinghouse Electric adoptó este plan y utilizó con éxito la CA para alimentar la Feria Mundial de Chicago de 1893 (iluminando decenas de miles de luces), seguida de la construcción del sistema de transmisión de CA para la Central Hidroeléctrica de Niágara (que suministró electricidad a Buffalo, a 35 kilómetros de distancia). Estos casos demuestran la escalabilidad de la CA, superando por completo la solución de CC y consolidando su posición global en el suministro de electricidad doméstica.

4. El límite de aplicación de la CC moderna: todavía depende de la red eléctrica de CA.

Hoy en día, la CC se utiliza ampliamente en la generación de energía solar, el almacenamiento de energía de baterías y los dispositivos electrónicos, pero no ha reemplazado la posición central de la CA en el uso doméstico.

• Conversión de CC a CA de energía renovable: Los paneles solares generan directamente CC, y las baterías de almacenamiento de energía doméstica también almacenan CC, pero esta electricidad debe convertirse en CA a través de "inversores" antes de que puedan conectarse a la red eléctrica doméstica para alimentar electrodomésticos, dependiendo esencialmente del estándar unificado de CA.

• Complemento de corriente continua de alto voltaje (HVDC): La transmisión moderna de distancias ultra largas (como las redes eléctricas transfronterizas y los parques eólicos marinos en tierra) utiliza HVDC (con menores pérdidas que CA), pero después de que la electricidad llega a la red de distribución urbana, aún necesita ser convertida a CA antes de poder usarse en los hogares.

En resumen, la aplicación moderna de CC es un complemento de la red eléctrica de CA, en lugar de un sustituto: las necesidades básicas de la electricidad doméstica (larga distancia, bajo coste, compatible con múltiples dispositivos) todavía se satisfacen perfectamente con CA.