Patrimonio ETSII

Estos paneles expuestos son rectificadores de vapor de mercurio, rectificadores de arco de mercurio o válvula de arco de mercurio. Y durante principios del siglo pasado, antes de la utilización de los semiconductores en la electrónica de potencia, eran unos de los pocos métodos para rectificar la corriente que llegaba desde la red de distribución, es decir, pasar de corriente alterna a continua.

Para ello, debemos tener en cuenta que, debido a que las pérdidas de energía son menores, la red transporta la electricidad en trifásica y en alterna. Si necesitamos corriente continua, como la que llega a los enchufes de nuestros hogares, debemos rectificar 3 ondas sinusoidales para convertirlas en una recta constante de un voltaje determinado. Tras conectar un transformador de voltaje a la red, encargado de reducir la tensión que nos llega, tenemos tres conectores que transmiten un voltaje en forma de onda sinusoidal, retrasadas entre sí un 1/3 de ciclo. Si conseguimos transmitir el valor máximo de cada curva, “abriendo” y “cerrando” la transmisión de cada uno de los 3 conectores de forma controlada, podremos conseguir una forma de onda muy parecida a un valor constante de tensión.

Para controlar este paso de corriente, se pueden utilizar las válvula de arco de mercurio. Fueron patentadas en 1902 por Peter Cooper Hewitt, y para su funcionamiento, utilizan conceptos que no fueron totalmente explicados hasta años más tarde, como el “Efecto fotoeléctrico” por Einstein, en 1905. La válvula tiene forma de bombilla con 3 brazos en su base, en sus extremos se insertan los filamentos que harán de ánodo y están conectados a la red. En su interior se debe hacer el vacío, no puede haber aire, solo habría mercurio en estado líquido, y el cátodo que lleva la corriente rectificada está sumergido en él. 

Para su funcionamiento, primero debemos calentar la piscina de mercurio hasta los 500-700ºC para vaporizarlo, aunque el proceso comienza realmente desde los 350ºC. Entonces, los vapores de mercurio, debido al calor, tienden a ascender, y al llegar a la parte superior, más fría, condensan en gotas para volver a la piscina de mercurio. En ese momento, la válvula está en condiciones de empezar a funcionar. Conectamos los tres polos positivos o ánodos al transformador, y comienza el arco, de color azul eléctrico a iluminar la válvula. Esto se debe a que el mercurio se ioniza.

El mercurio, como todas las cosas, está formado por átomos que, a su vez, están formador por 3 partículas: protones de carga positiva, neutrones sin carga y los electrones de carga negativa, que giran alrededor del núcleo, formado por los protones y neutrones. El movimiento de los electrones a través de un conductor es lo que conocemos como corriente eléctrica, por tanto, al ser el mercurio lo único en la válvula, los encargados del transporte de energía eléctrica van a ser ellos. El mercurio cuenta con 80 protones, 80 electrones y 121 neutrones, por lo que, es un átomo bastante pesado. De hecho, es tan grande, que puede perder con facilidad uno o más electrones, sobre todo en estado gaseoso. Cuando los vapores entran en contacto con los ánodos, de hierro o carbono, algunos átomos de mercurio se ionizan, es decir, pierden electrones y se convierten en átomos de carga positiva o iones. Estos iones, se ven atraídos fuertemente por el cátodo de carga negativa, ya que, las cargas opuestas se atraen. Este bombardeo de iones sobre la piscina de mercurio provoca, además del color azul que caracteriza al proceso, que los iones pierdan incluso más electrones debido al choque, que serán absorbidos, una vez más, por el ánodo. El ánodo no emite electrones debido a que el carbón o el hierro no emiten electrones hasta muy altas temperaturas, lo que permite que la válvula opere en una sola dirección. Cuando la curva de corriente eléctrica de la red en el primer ánodo empieza a bajar, y la del segundo ánodo la supera, el flujo de electrones e iones cambia hacia el otro, ya que, pasa a tener mayor potencial eléctrico, atrayendo con más fuerza a los electrones. Con esto, conseguimos tener un flujo unidireccional constante hacia el cátodo, es decir, un valor constante de corriente eléctrica.

Este método de rectificación fue el más utilizado durante mucho tiempo debido a que podía transportar corrientes mucho más altas que la mayoría de los métodos con tubos de descarga de gas. Con la llegada de los semiconductores, y con ellos, de los diodos y tiristores, a partir de 1970, los rectificadores de arco de mercurio fueron sustituidos debido a su mayor costo, mantenimiento y riesgo. Actualmente, solo alguna instalaciones antiguas siguen utilizando estos rectificadores.