Engenharia de energia

Electricidade tornou-se um assunto de interesse científico no final do século XVII. Ao longo dos dois séculos seguintes foram feitas várias descobertas importantes, incluindo a lâmpada incandescente e a pilha de voltagem. Provavelmente a maior descoberta com respeito à engenharia de energia veio de Michael Faraday que em 1831 descobriu que uma mudança no fluxo magnético induz uma força electromotriz num laço de fio – um princípio conhecido como indução electromagnética que ajuda a explicar como funcionam os geradores e transformadores.

Em 1881 dois electricistas construíram a primeira central eléctrica do mundo em Godalming, na Inglaterra. A estação empregava duas rodas de água para produzir uma corrente alternada que era usada para fornecer sete lâmpadas de arco eléctrico Siemens a 250 volts e trinta e quatro lâmpadas incandescentes a 40 volts. Entretanto, o fornecimento era intermitente e, em 1882, Thomas Edison e sua empresa, The Edison Electric Light Company, desenvolveram a primeira central elétrica movida a vapor na Pearl Street, na cidade de Nova York. A Pearl Street Station consistia de vários geradores e inicialmente alimentava cerca de 3.000 lâmpadas para 59 clientes. A central elétrica usava corrente contínua e operava com uma única voltagem. Como a energia de corrente contínua não podia ser facilmente transformada para as tensões mais elevadas necessárias para minimizar a perda de energia durante a transmissão, a distância possível entre os geradores e a carga foi limitada a cerca de 800 m (800 milhas).

Nesse mesmo ano em Londres, Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs demonstraram o primeiro transformador adequado para uso em um sistema de energia real. O valor prático do transformador de Gaulard e Gibbs foi demonstrado em 1884 em Turim, onde o transformador foi utilizado para iluminar quarenta quilómetros (25 milhas) de caminho-de-ferro a partir de um único gerador de corrente alternada. Apesar do sucesso do sistema, o par cometeu alguns erros fundamentais. Talvez o mais grave tenha sido conectar os primários dos transformadores em série, de modo que ligar ou desligar uma lâmpada afetaria outras lâmpadas mais abaixo na linha. Após a demonstração, George Westinghouse, um empresário americano, importou vários dos transformadores juntamente com um gerador Siemens e colocou os seus engenheiros a experimentar com eles na esperança de os melhorar para utilização num sistema de energia comercial.

Um dos engenheiros da Westinghouse, William Stanley, reconheceu o problema da ligação dos transformadores em série em oposição aos paralelos e também se apercebeu que fazer do núcleo de ferro de um transformador um loop totalmente fechado melhoraria a regulação da tensão do enrolamento secundário. Usando esse conhecimento, ele construiu o primeiro sistema prático de corrente alternada baseado em transformadores do mundo na Great Barrington, Massachusetts, em 1886. Em 1885 o físico e engenheiro elétrico italiano Galileo Ferraris demonstrou um motor de indução e em 1887 e 1888 o engenheiro sérvio-americano Nikola Tesla apresentou uma série de patentes relacionadas a sistemas de energia, incluindo uma para um prático motor de indução bifásico que a Westinghouse licenciou para o seu sistema AC.

Até 1890 a indústria de energia tinha florescido e as empresas de energia tinham construído milhares de sistemas de energia (tanto de corrente contínua como alternada) nos Estados Unidos e na Europa – estas redes eram efetivamente dedicadas a fornecer iluminação elétrica. Durante este tempo, surgiu uma rivalidade feroz nos EUA conhecida como a “guerra das correntes” entre Edison e Westinghouse sobre qual forma de transmissão (corrente contínua ou alternada) era superior. Em 1891, a Westinghouse instalou o primeiro grande sistema de energia que foi projetado para acionar um motor elétrico e não apenas para fornecer iluminação elétrica. A instalação alimentava um motor síncrono de 100 cavalos (75 kW) em Telluride, Colorado, com o motor sendo ligado por um motor de indução Tesla. Do outro lado do Atlântico, Oskar von Miller construiu uma linha de transmissão trifásica de 20 kV 176 km desde Lauffen am Neckar até Frankfurt am Main para a Exposição de Engenharia Elétrica em Frankfurt. Em 1895, após um longo processo de tomada de decisão, a estação geradora Adams No. 1 das Cataratas do Niágara começou a transmitir corrente alternada trifásica para Buffalo a 11 kV. Após a conclusão do projecto das Cataratas do Niágara, os novos sistemas de energia optaram cada vez mais pela corrente alternada em vez da corrente contínua para a transmissão eléctrica.