I.
INFORME DEL PROYECTO 1.1 Título MINI BOBINA DE TESLA 1.2 Objetivos Objetivo general Diseñar un modelo de una mini bobina de Tesla en base a los diferentes proyectos realizados anteriormente por otros investigadores. Objetivos específicos Crear en el estudiante iniciativas de invenciones en proyectos electrónicos. Comprobar la teoría por medio de la práctica. Aumentar la capacidad de desarrollo investigativo, práctico y científico. 1.3 Resumen Presentamos en esta práctica un modelo de una mini bobina de Tesla que es capaz de alcanzar un gran voltaje pero con un amperaje bajo (corriente). Los materiales de este modelo se seleccionaron de acuerdo a la posición en la tabla AWG eléctrica, para generar el voltaje que se necesita de tal manera que el experimento se lleve a cabo de manera eficaz, y segura. Se realizó varias experimentaciones con distintos tipos de cables de bobinado hasta que fue seleccionado el correcto para los fines específicos buscados en la práctica. La chispa que se registró alcanzo los 0.5cm de longitud desde la bobina hasta el foco de gas fosforescentes. 1.4 Palabras clave: (AWG, contacto, flyback) 1.5 Introducción Nikola Tesla fue un inventor, ingeniero mecánico e ingeniero eléctrico y uno de los promotores más importantes del nacimiento de la electricidad comercial. Se lo conoce, sobre todo, por sus numerosas y revolucionarias invenciones en el campo del electromagnetismo, desarrolladas a finales del siglo XIX y principios del siglo XX. Las patentes de Tesla y su trabajo teórico formaron las bases de los sistemas modernos de potencia eléctrica por corriente alterna (CA), incluyendo el sistema polifásico de distribución eléctrica y el motor de corriente alterna, que tanto contribuyeron al nacimiento de la Segunda Revolución Industrial. Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla. Las bobinas de Tesla están compuestas por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados; Tesla experimentó con una gran variedad de bobinas y configuraciones, así que es difícil describir un modo específico de construcción que satisfaga a aquellos que hablan sobre bobinas de Tesla. Las primeras bobinas y las bobinas posteriores varían en configuraciones y montajes. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas de alcances del orden de metros, lo que las hace muy espectaculares. Primeras bobinas
American Electrician da una descripción magnética o de su misma magnitud, de una de las primeras bobinas Tesla, donde un vaso acumulador de cristal de 15 cm por 20 cm es enrollado con entre 60 y 80 vueltas de alambre del mayor porcentaje cobre No. 18 B & S. Dentro de éste se sitúa una bobina primaria consistente en entre 8 y 10 vueltas de cable AWG No. 6 B & S, y el conjunto se sumerge en un vaso que contiene aceite de linaza o aceite mineralda. Bobinas Tesla disruptivas En la primavera de 1891, Tesla realizó una serie de demostraciones con varias máquinas ante el American Institute of Electrical Engineers del Columbia College. Continuando las investigaciones iniciales sobre voltaje y frecuencia de William Crookes, Tesla diseñó y construyó una serie de bobinas que produjeron corrientes de alto voltaje y alta frecuencia. Estas primeras bobinas usaban la acción disruptiva de un explosor (spark-gap) en su funcionamiento. Dicho montaje puede ser duplicado por una bobina Ruhmkorff, dos condensadores y una segunda bobina disruptiva, especialmente construida. La bobina de Ruhmkorff, alimentada a través de una fuente principal de corriente, es conectada a los condensadores en serie por sus dos extremos. Un explosor se coloca en paralelo a la bobina Ruhmkorff antes de los condensadores. Las puntas de descarga eran usualmente bolas metálicas con diámetros inferiores a los 3 cm, aunque Tesla utilizó diferentes elementos para producir las descargas. Los condensadores tenían un diseño especial, siendo pequeños con un gran aislamiento. Estos condensadores consistían en placas móviles en aceite. Cuanto menor eran las placas, mayor era la frecuencia de estas primeras bobinas. Las placas resultaban también útiles para eliminar la elevada auto inductancia de la bobina secundaria, añadiendo capacidad a ésta. También se colocaban placas de mica en el explosor para establecer un chorro de aire a través de él. Esto ayudaba a extinguir el arco eléctrico, haciendo la descarga más abrupta. Una ráfaga de aire se usaba también con este objetivo. Los condensadores se conectan a un circuito primario doble (cada bobina en serie con un condensador). Estos son parte de la segunda bobina disruptiva construida especialmente. Cada primario tiene veinte vueltas de cable cubierto por caucho No. 16 B & S y están enrollados por separado en tubos de caucho con un grosor no inferior a 3 mm. El secundario tiene 300 vueltas de cable magnético cubierto de seda No. 30 B & S, enrollado en un tubo de caucho y en sus extremos encajado en tubos de cristal o caucho. Los primarios tienen que ser suficientemente largos como para estar holgados al colocar la segunda bobina entre ambos. Los primarios deben cubrir alrededor de 5 cm del secundario. Debe colocarse una división de caucho duro entre las bobinas primarias. Los extremos de las primarias que no están conectados con los condensadores se dirigirán al explosor. En, System of Electric Lighting, Tesla describió esta primera bobina disruptiva. Concebida con el propósito de convertir y suplir energía eléctrica en una forma adaptada a la producción de ciertos nuevos fenómenos eléctricos, que requerían corrientes de mayores frecuencia y potencial. También especificaba un mecanismo descargador y almacenador de energía en la primera parte de un transformador de radiofrecuencia. Ésta es la primera aparición de una alimentación de corriente de RF capaz de excitar una antena para emitir potente radiación electromagnética. Otra de estas primeras bobinas Tesla fue protegida en 1897 por patente, Electrical Transformer. Este transformador desarrollaba (o convertía)
corrientes de alto potencial y constaba de bobinas primaria y secundaria (opcionalmente, uno de los terminales de la secundaria podía estar conectada eléctricamente con la primaria; similarmente a las modernas bobinas de encendido). Esta bobina Tesla tenía la secundaria dentro de y rodeada por las convoluciones de la primaria. Esta bobina Tesla constaba de bobinas primaria y secundaria enrolladas en forma de espiral plana. El aparato estaba también conectado a tierra cuando la bobina estaba en funcionamiento. 1.6 Materiales y Metodología Materiales empleados en el proyecto. Cantida d 1 195 mts. 3 mts. 6 mts. 1 2 1 8 1 1 mt. 4
Artículo Tubo PVC Alambre de cobre esmaltado calibre 18 Tubo de cobre esmaltado calibre 12 Cable dúplex calibre 16 Regulador de voltaje, sec 5000 Volts 50 Volts-Ampere (VA) 30mA (tipo Tesla) Clavijas Foco de 18w a 54 volts Hojas de acetato para copias tamaño carta flyback Papel aluminio Tiras de madera de 2 x 1cm x 15 cm de largo
Herramienta necesaria • • • • • • •
Desarmador plano y de cruz Pinza de corte y pinza de punta Tijeras Regla graduada Taladro Arco y segueta Lija
Esquema del regulador de voltaje con el flyback
Esquema de la bobina de Tesla
Funcionamiento El transformador T1 carga el capacitor C1 y se establece una diferencia de potencial muy grande (alta tensión) entre las placas de éste. El voltaje tan elevado es capaz de romper la resistencia del aire haciendo saltar una chispa entre los bornes del explosor EX. La chispa descarga el capacitor C1 a través de la bobina primaria L1 (con pocas espiras) estableciendo una corriente oscilante. Enseguida el capacitor C1 se carga nuevamente repitiendo el proceso. Así resulta un circuito oscilatorio de radiofrecuencia al que llamaremos circuito primario. La energía producida por el circuito primario es inducida en la bobina secundaria L2 (con mayor número de vueltas) la cual es resonante a la frecuencia natural del primario, esto es, que oscila a la misma frecuencia en que está trabajando el circuito primario. El circuito oscilante secundario se forma con la inductancia de la bobina secundaria L2 y la capacidad distribuida en ella misma. Finalmente este circuito oscilante secundario produce ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia y voltajes muy elevados. Las ondas que se propagan en el medio hacen posible la ionización de los gases en su cercanía y la realización de diversos experimentos.
PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCION
1. Se realiza el embobinado secundario en un tubo de PVC de 2.5 pulgadas 2. El toroide de la bobina se realiza con un tubo de ventilación. 3. El embobinado primario se elabora con tubo de cobre calibre 12 sobre un cilindro de acrílico. 4. Se implementa el circuito regulador de voltaje , con la utilización de materiales establecidos (1.6), para que al momento de generar la chispa dar un modo de regulación y no tener inconvenientes con los materiales de dicha práctica. 5. Se cortan (G) a la mitad y las partes resultantes se doblan a la mitad. Estas servirán como pasador para mantener unidas las placas de papel aluminio de cada extremo. Al (E) se le hacen dos orificios de 3/16" con una separación de
7cm. Se hacen otros dos orificios del lado no perforado para fijarlo a la madera con dos pijas. Se toma el capacitor se quitan dos tuercas de dos de los extremos de (D) y se meten los tornillos, procurando apretar el capacitor para que no se desbarate. Se enroscan las tuercas fuertemente. El capacitor debe quedar sujeto al ángulo
6. Para el explosor se colocan 2 ángulos. Se hace un orificio de 1/4" a 2.5cm de altura en la parte de 4cm de largo de cada ángulo. En cada orificio
1.7 Resultados La bobina fue diseñada como resultado de la investigación y en experiencias de otros investigadores que desarrollaron dicho dispositivo y así llegar a la implementación física y después hacer las debidas pruebas de funcionalidad para dar por concluido el objetivo. Nuestro dispositivo tiene la capacidad de generar un alto voltaje y con esto logra encender un foco. 1.8 Conclusiones La bobina de Tesla es un dispositivo que utiliza el principio de resonancia, en este caso eléctrica, para la elevación en la frecuencia de una señal de voltaje mediante un transformador especial que genera la emisión de un plasma en el aire circundante. Reforzamos experiencias utilizando los distintos accesorios de la bobina de Tesla Creamos en nosotros los ánimos para el desarrollo de nuevos inventos en proyectos electrónicos. Aumentamos la necesidad de investigación, y luego llevar a la práctica basados en métodos científicos que se conocieron en la indagación. 1.9 RECOMENDACIONES:
No acercar aparatos electrónicos a la bobina. La alta tensión de radiofrecuencia quema los circuitos transistorizados. El transformador y la bobina producen una tensión muy alta y por ningún motivo deben tocarse con las manos.
Es preciso que las primeras pruebas y experimentos se realicen bajo la supervisión de un profesor o una persona mayor conocedora de los peligros que representan los altos voltajes.
1.10
Referencias bibliográficas
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Anexos: Implementación mini bobina
Conexión de los cables de la bobina
Acabado de la mini bobina
Haciendo pruebas con la bobina
Encendido de un foco con la bobina
