Integrantes: Número de Control:

INGENIERIA ELECTROMECANICA
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
HECTOR GARCIA MELCHOR
PROYECTO: BOBINA DE TESLA
TERCER SEMESTRE
Integrantes:
Aquileo Justo Ramos
Juan Carlos Martínez Galeana
José Aurelio Hernández Buenrostro
Juan Carlos García Martínez
Jairo Aldair Aparicio Camacho
Número de Control:
12570166
12570159
12570174
12570006
12570168
Jueves 12 de Diciembre del 2013
ÍNDÍCE
TEMAS
PÁG.
INTRODUCCION
1. ANTECENDENTES DEL PROYECTO
1.1 OBJETIVO
1.2 JUSTIFICACIÓN
1.3 MATERIAL Y EQUIPO
1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES
2. MARCO TEORICO
2.1 LA BOBINA DE TESLA
2.1.1 Inventor de la Bobina de Tesla
2.1.2 BIOGRAFIA DE NIKOLA TESLA
2.2 HISTORIA DE LAS PRIMERAS BOBINAS,USO Y PRODUCCION
2.2.1 Uso y producción
2.2.2 Configuración alternativa de una bobina Tesla
2.2.3 Transmisión
2.2.4 Seguridad y precauciones
2.2.5 Descargas aéreas
2.2.6 Recepción
2.2.7 Casos y dispositivos
2.3 CONCEPTOS BASICOS
2.3.1 SISTEMAS ELECTRICOS
2.3.2 LEYES BASICAS DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS
2.4 DESARROLLO DEL PROYECTO
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
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ÍNDÍCE DE ÍMÁGENES
TEMAS
Fig.1
Fig.2
Fig.3
Fig.4
Fig.5
Fig.6
Fig.7
Fig.8
Fig.9
Fig.10
Fig.11
Fig.12
Fig.13
Fig.14
Fig.15
Fig.16
Fig.17
Fig.18
Fig.19
PÁG.
Retrato
Nikola Tesla
Bobina antigua
Tesla el inventor
Proyecto “Wardenclyffe
Esquema de circuito de la bobina
Transformador
Bobina primaria
Bobina secundaria
Bobina sec.
Bobina prim.
Proyecto vista
Transformador
Capacitores
Capacitores
Transformador
Funcionamiento
Conexión
Vista del área de trabajo
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Página 3
INTRODUCCION
En este proyecto nos ayudamos del científico Nikola Tesla, un brillante ingeniero que
vivió en la segunda mitad del siglo pasado y a principios de éste y que en 1891,
desarrolló un equipo generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual pensaba
transmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores.
Tesla es el inventor de la corriente trifásica y de los motores de inducción, que mueven
en el presente todas nuestras industrias. En 1891 patentó lo que un día podría
convertirse en su más famosa invención: la base para la transmisión inalámbrica de
corriente eléctrica, conocido como la Bobina Transformadora Tesla.
Entre sus logros figuran la invención de la radio, el motor de corriente alterna, luchaba
por la investigación de un estándar eléctrico, la lámpara de pastilla de carbono (luz de
alta frecuencia), el microscopio electrónico, un avión despegue y aterrizaje vertical, la
resonancia, el radar, el submarino eléctrico, Bobina de Tesla, Rayo de la muerte,
control remoto, Rayos X, métodos y herramientas para el control climático, transmisión
de video e imágenes por métodos inalámbricos, transferencia inalámbrica de energía,
sistemas de propulsión de medios electromagnéticos.
Página 4
CAPITULO 1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO
1.1 OBJETIVOS
Mediante la construcción de una bobina de tesla se pretende crear un sistema anti robo
funcional para proteger una caja fuerte.
Las bobinas de tesla generan descargas eléctricas de gran alcance gracias a la
transferencia eléctrica entre la bobina primaria y secundaria así como en el aire que
circula alrededor de ella, lo cual será aprovechado para generar una pantalla de
corriente que pueda funcionar tan efectivamente haciendo que el intruso reciba un
choque eléctrico, haciendo que éste desista de su intento por ingresar al perímetro
protegido.
Para proteger la caja fuerte es fundamental que la pantalla de corriente tenga un
volumen mayor al de ésta por lo cual se necesita de una fuente de poder que aporte
aproximadamente 1000 watts ya que esta potencia puede generar descargas de
aproximadamente 20 centímetros. De no ser así se necesitará de un transformador que
aporte mayor energía o en su defecto de conectar dos fuentes de menor voltaje en
serie.
1.2 JUSTIFICACIÓN
En este proyecto usaremos la Bobina de Tesla aplicado a una caja fuerte. La caja
fuerte es un compartimento de seguridad que ha sido inventado para que su apertura
sea muy difícil para personas no autorizadas y así poder guardar elementos de valor.
La caja fuerte puede ser abierta si no se tiene la suficiente tecnología, así que
usaremos la bobina de Tesla, esta es colocada a lo alto de la caja fuerte. Para
conseguir la pantalla protectora de miles de voltios utilizan una vara de metal que gira
alrededor de la caja fuerte; así los objetos de valor serán guardados con mayor
protección. Decidimos hacer este proyecto porque tiene mucho que ver con este tema
de elementos eléctricos, además que es un tema totalmente relacionado con la
ingeniería y se puede ver su aplicación cuidando cosas importantes de una manera
original dejando atrás las llaves y las cerraduras, es una nueva forma de cuidar lo
importante.
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1.3 ALCANCES Y LIMITACIONES
Ciertamente las precauciones nunca están de más en la elaboración de este
experimento puesto que funciona con electricidad por lo tanto las limitantes seria quizá
el equipo más adecuado, falta de presupuesto, etc.
1.4 MATERIAL Y EQUIPO
A continuación un listado del material y equipo utilizado en la elaboración de este
reporte para la fabricación de la bonina de Tesla.
 Alambre Calibre 22
 Alambre Calibre 10
 Tubo de PVC
 Acetatos
 Aluminio
 Angulo
 Conectores
 Un Foco
 Tornillos
 Madera de 30x30 cm
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CAPITULO 2. MARCO TEORICO
2.1 LA BOBINA DE TESLA
Una bobina de Tesla (también simplemente: bobina 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. En
realidad Nikola 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 largo alcance, lo que las hace muy populares entre los
entusiastas del alto voltaje.
2.1.1 Inventor de la Bobina de Tesla
Como bien se podrá imaginar el nombre de bobina de Tesla se debe en honor a su
inventor Nikola Tesla
fig. 1. Retrato (fuente: http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla//)
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“¡Ya antes de que desaparezcan muchas generaciones, nuestras máquinas
Van a ser movidas por la fuerza desde cualquier lugar del universo!
En todo universo existe energía.”
2.1.2 BIOGRAFIA DE NIKOLA TESLA
Nikola Tesla nació el 10 de julio de 1856 en un pequeño pueblo llamado Smillan
(Croacia). Su padre fue un sacerdote ortodoxo. Estudió en Gratz y Viena y terminó su
educación en París.
El físico serbo-norteamericano trabajó desde 1884 como asistente de Thomas Edison.
Más tarde creó su propio laboratorio en Nueva York.
En 1891, ya había inventado una buena cantidad de dispositivos de gran utilidad.
Tesla en una rueda de prensa anunció un motor de rayos cósmicos. Cuando se le
preguntó si era más poderoso que el radiómetro Crooke, él contestó, “miles de veces
más poderoso”.
En 1891 patentó lo que un día podría convertirse en su más famosa invención: la base
para la transmisión inalámbrica de corriente eléctrica, conocido como la Bobina
Transformadora Tesla.
fig. 2 Nikola Tesla (fuente; http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla/)
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Nikola valoraba que sus inventos ayudaran a la humanidad por encima de cualquier
premio o reconocimiento, incluso económico; lo que en aquella época y mucho menos
hoy día, ningún científico o inventor estaría dispuesto a ofrecer a la sociedad. Y éste y
no otro, fue su error. Su corazón era tan grande como su inteligencia y sus inventos,
muchos de ellos fueron olvidados por la pobreza en que vivió su última etapa en la vida.
Tesla estaba fascinado por la energía radiante y su posibilidad de convertirse en
energía libre y gratuita. Sabía que era posible tomar energía directamente
“conectándose a la verdadera fuerza de la naturaleza”.
La nave Tierra, necesitaba un plan de vuelo moderno. Tesla quería ayudar a las
naciones menos privilegiadas. Sabía, y no ha cambiado nada, que miles de personas
mueren de hambre al día, muchos de ellos niños.
Los que dirigen nuestra economía, pensaba Nikola, en el mundo occidental, nos
permite disfrutar de un alto estándar de vida, de placer comparado con nuestros
vecinos al sur de la línea imaginaria que llamamos límite.
La energía dirige la economía de las naciones y la meta de vida de Tesla, fue hacer la
energía eléctrica igualmente accesible y disponible para todas las personas en
cualquier lugar del planeta y eso le hundió, le señaló
Fue objeto directo de ataques personales, de intentos de manchar su brillante carrera,
de aislarlo en la más absoluta de las miserias. Sin embargo, ante las adversidades,
continuó promoviendo su plan para la transmisión inalámbrica de energía.
¿Porqué aún la energía no ha sido hecha de igual acceso para todas las personas y
todas las naciones? ¿Por qué nunca se han materializado los tan recomendados
dispositivos de energía libre descritos por Tom Bearden, Jhon Bedini, Bruce Desalma y
otros? [1]
fig. 3 Bobina antigua (http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla/)
Página 9
.
Nikola era un hombre lleno de contrariedades, serio y reservado, pero también
encantador. Aunque era solitario, sabía atraer a la gente que le rodeaba. Delgado y
alto, siempre vestido perfectamente, con su postura aristocrática y con elegancia,
llamaba la atención. Murió a los 86 años.
Sus inventos y teorías fueron olvidados a conciencia. ¿Por qué? ¿Qué ocurrió en
realidad? ¿Quién quiso que sus inventos cayeran en el olvido?
Durante una temporada Tesla trabajó con Edison y le admiraba. Pero Edison no le
respetaba a él, le hacía trabajar 18 horas al día durante los siete días de la semana
solucionando los problemas técnicos que se le presentaban.
fig. 4 Tesla el inventor (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx/)
Tesla describió cómo podía mejorar el efecto del generador de Edison, éste respondió:
“Le daré 500 dólares si usted logra hacerlo”.
Tras meses de trabajo Nikola lo logró. Edison, sin darle el dinero prometido, dijo: “Tesla,
usted no entiende el sentido del humor de los norteamericanos”. Ante ello, Tesla se
despidió. Edison envidiaba el gran cerebro de Tesla y su arma era la humillación.
Comenzó a trabajar entonces en la construcción y más tarde creó su propio laboratorio.
Pero los monopolistas de energía tenían mucho poder y nadie quería cambios. Tesla
decía que podía transmitir noticias y energía sin usar alambres, pero los magnates
banqueros (¿os suena?) ya habían comprado las minas de cobre para cubrir gran parte
del país con redes de cables para la distribución de la energía.
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Tesla siguió desarrollando la transmisión de energía gratuita por todo el mundo en el
laboratorio que construyó en 1889 en las montañas de Colorado Springs.
Creó una torre de alta tensión para demostrar el transporte de energía sin cable y
gratuito y al pedir más dinero para seguir con las investigaciones, se lo denegaron con
intención premeditada.
El proyecto “Wardenclyffe”, así
presupuesto y su torre destruida.
llamado, tuvo que ser abandonado por falta de
fig. 5 proyecto “Wardenclyffe(fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)
En 1934 Tesla fue entrevistado en “The Times” y dijo: “Espero vivir el tiempo suficiente
hasta ser capaz de colocar un aparato en esta habitación que se ponga en marcha con
la energía de los medios que se mueven alrededor”.
Cuando Nikola falleció, sus grandes inventos de los diez últimos años fueron olvidados
y, deliberadamente, se hizo que se le recordara por su excentricidad.
Dos hechos importantes hicieron caer sobre él todo el peso de la ignorancia: Su
negativa a enviar cualquier artículo a la comunidad académica haciendo que ésta se
opusiera a todos sus inventos por magníficos que fueran; y su constante preocupación
por obtener una energía libre, gratuita para todo el mundo, algo que lógicamente los
amos y señores del poder económico no estaban dispuestos a permitir en un mundo ya
canalizado para ser explotado sólo por ellos.
A su muerte la historia manipulada intento borrar su huella y exaltar a hombres como
Edison que fue proclamado el padre de la energía y que se unió sin reparo a las críticas
contra Tesla a pesar de que sin él, Edison no hubiera sido nadie.
En 1901 Marconi envió su famosa radio señal diciendo haber inventado la radio. Pero
utilizó 17 patentes de Tesla y la Corte Suprema corrigió el error en 1943 después de la
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muerte de Tesla. A pesar de este veredicto, la historia se ha encargado de borrar a
este gran hombre que trabajaba para la humanidad y no para su propio beneficio o el
de unos pocos. Fue a contracorriente y le marcaron el destino del olvido.
Nikola Tesla creía en sus inventos para beneficio de la humanidad. Por eso no estaba
de acuerdo con la industria de aquella época, que veía sus trabajos cómo un gran
peligro para las fuentes de ingreso.
La situación no ha cambiado hoy día. Las multinacionales no permiten que se conozca
o que se ponga en práctica la obra de Tesla. Cometerían un suicidio si los inventos de
este gran hombre se fabricaran.
Entre sus logros figuran la invención de la radio, el motor de corriente alterna, luchaba
por la investigación de un estándar eléctrico, la lámpara de pastilla de carbono (luz de
alta frecuencia), el microscopio electrónico, un avión despegue y aterrizaje vertical, la
resonancia, el radar, el submarino eléctrico, Bobina de Tesla, Rayo de la muerte,
control remoto, Rayos X, métodos y herramientas para el control climático, transmisión
de video e imágenes por métodos inalámbricos, transferencia inalámbrica de energía,
sistemas de propulsión de medios electromagnéticos (son necesidad de partes
móviles), extracción de energía en grandes cantidades desde cualquier punto de la
Tierra, etc.
Debió de ser considerado el mayor científico y el mejor inventor de la historia.
Tesla murió solo, olvidado, abandonado, como todos los grandes sabios de la historia
de la humanidad, en la habitación de su hotel a los 86 años. Fue encontrado por una
limpiadora al día siguiente.
Ese mismo día, en plena Segunda Guerra Mundial, el FBI se encargó de requisar todos
sus materiales, cajas, cuadernos de notas,… creándose el Informe Tesla y realizando
registros en aquellos lugares donde Nikola Tesla pudiera tener anotaciones o
referencias de sus inventos.
Hoy día, todo su trabajo sigue bajo secreto de estado. ¿Por qué? ¿De qué tienen
miedo? ¿Poseen el secreto de la energía libre y gratuita inventada por Tesla y no es
conveniente que caiga en manos de la sociedad porque se rompería todo el esquema
económico que nos han impuesto las multinacionales y el poder económico? [2]
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2.2 HISTORIA DE LAS PRIMERAS BOBINAS,USO Y PRODUCCION
El American Electrician da una descripción 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 de cobre No. 18 B & S. Dentro de este 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 mineral.1
Bobinas "Tesla" disruptivas : En la primavera de 1891, Tesla ofreció 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.2
La bobina de Ruhmkorff: alimentada a través de una fuente principal de corriente, es
conectada a los capacitores en serie por sus dos extremos. Un spark gap se coloca en
paralelo a la bobina Ruhmkorff antes de los capacitores. Las puntas de descarga eran
usualmente bolas metálicas con diámetros inferiores a los 3 centímetros, aunque Tesla
utilizó diferentes elementos para producir las descargas. Los capacitores tenían un
diseño especial, siendo pequeños con un gran aislamiento. Estos capacitores
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
esta. También se colocaban placas de Mica en el spark gap para establecer un chorro
de aire a través del gap. Esto ayudaba a extinguir el arco eléctrico, haciendo la
descarga más abrupta. Una ráfaga de aire se usaba también con este objetivo.3
Los capacitores se conectan a un circuito primario doble (cada bobina en serie con un
capacitor). 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 0,3 cm. El
secundario tiene 300 vueltas de cable magnético cubierto por 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
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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 capacitores
se dirigirán al spark gap.4
En, System of Electric Lighting5 (23 de junio de 1891), 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. Esta 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,6 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.
Bobinas posteriores: Tesla, en la patente System of Transmission of Electrical
Energy7 y Apparatus for Transmission of Electrical Energy,8 describió nuevas y útiles
combinaciones empleadas en bobinas transformadoras. Bobinas transmisoras o
conductoras preparadas y excitadas para provocar corrientes o oscilaciones que se
propagaran por conducción a través del medio natural de un punto a otro punto remoto,
y bobinas receptoras de las señales transmitidas. Estas bobinas permitían producir
corrientes de muy alto potencial. Más tarde conseguiría Method of Signaling9 y System
of Signaling,10 para bobinas con una elevada capacitancia transmisiva con un
electrodo a Tierra.
Algunas de estas bobinas posteriores fueron considerablemente más grandes, y
operadas a niveles de potencia muchos mayores. Cuando Tesla patentó un dispositivo
en Apparatus for Transmitting Electrical Energy,11 llamó al dispositivo un transformador
resonantes autoregenerativo de alto voltaje con núcleo de aire que genera alto voltaje a
alta frecuencia. Sin embargo esta frase ya no se usa. Los dispositivos posteriores
fueron en ocasiones alimentados desde transformadores de alto voltaje, usando
bancos de capacitores de cristal de botella inmersos en aceite para reducir las
pérdidas por descargas de corona, y usaban spark gaps rotativos para poder tratar los
niveles de alta potencia. Las bobinas Tesla conseguían una gran ganancia en voltaje
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acoplando dos circuitos LC resonantes, usando transformadores con núcleo de aire. A
diferencia de las transformadores convencionales, cuya ganancia está limitada a la
razón entre los números de vueltas en los arrollamientos, la ganancia en voltaje de una
bobina Tesla es proporcional a la raíz cuadrada de la razón de las inductancias
secundaria y primaria.
Estas bobinas posteriores son los dispositivos que construyen usualmente los
aficionados. Son transformadores resonantes con núcleo de aire que genera muy altos
voltajes en radio frecuencias. La bobina alcanza una gran ganancia transfiriendo
energía de un circuito resonante (circuito primario) a otro (secundario) durante un
número de ciclos.
Aunque las bobinas Tesla modernas están diseñadas usualmente para generar largas
chispas, los sistemas originales de Tesla fueron diseñados para la comunicación sin
hilos, de tal manera que él usaba superficies con gran radio de curvatura para prevenir
las descargas de corona y las pérdidas por streamers.
La intensidad de la ganancia en voltaje del circuito es proporcional a la cantidad de
carga desplazada, que es determinada por el producto de la capacitancia del circuito, el
voltaje (que Tesla llamaba “presión”) y la frecuencia de las corrientes empleadas. Tesla
también empleó varias versiones de su bobina en experimentos con fluorescencia,
rayos x, potencia sin cables para transmisión de energía eléctrica, electroterapia, y
corrientes telúricas en conjunto con electricidad atmosférica.
Las bobinas posteriores constan de un circuito primario, el cual es un circuito LC
(inductancia-capacitor) en serie compuesto de un capacitor de alto voltaje, un spark
gap, y una bobina primaria; y un circuito secundario, que es un circuito resonante en
serie compuesto por la bobina secundaria y el toroide. En los planos originales de Tesla,
el circuito LC secundario está compuesto de una bobina secundaria cargada que es
colocada en serie con una gran bobina helicoidal. La bobina helicoidal estaba entonces
conectada al toroide. La mayor parte de las bobinas modernas usan sólo una única
bobina secundaria. El toroide constituye una de las terminales de un capacitor, siendo
la otra terminal la Tierra. El circuito LC primario es “ajustado” de tal forma que resonará
a la misma frecuencia del circuito secundario. Las bobinas primaria y secundaria están
débilmente acopladas magnéticamente, creando un transformador con núcleo de aire
resonante. Sin embargo, a diferencia de un transformador convencional, que puede
acoplar el 97%+ de los campos magnéticos entre los arrollamientos, estos están
acoplados, compartiendo sólo el 10-20% de sus respectivos campos magnéticos. La
mayoría de los transformadores aislados por aceite necesitan potentes aislantes en sus
conexiones para prevenir descargas en el aire. Posteriores versiones de la bobina de
Tesla distribuyen su campo eléctrico sobre una larga distancia para
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Prevenir elevado stress eléctrico en el primer lugar, permitiendo así operar libremente
en aire.
Los terminales consisten en una estructura metálica con la forma de un toroide,
cubierta con una placa metálica circular de curvatura suave (formando una superficie
conductora muy grande). Tesla usó en su aparato más grande este tipo de elemento
dentro de una cúpula. El terminal superior tiene relativa poca capacitancia, cargado al
mayor voltaje que es posible. La superficie exterior del conductor elevado es donde
principalmente se acumula la carga eléctrica. Posee un gran radio de curvatura, o está
compuesto por elementos separados los cuales, respecto a su propio radio de
curvatura, están colocados cercanos entre sí de tal forma que la superficie exterior
resultante tiene un gran radio.
Este diseño permite al terminal soportar muy altos voltajes sin generar coronas o
chispas. Tesla durante su proceso de aplicación de patentes describió variados
terminales resonadores para la parte superior de sus bobinas posteriores12 La mayoría
de las bobinas Tesla modernas usan toroides simples, generalmente fabricados de
metal fundido o de aluminio flexible, para controlar el intenso campo eléctrico cerca de
la parte superior de la secundaria y lanzar las chispas directamente fuera, lejos de los
arrollamientos primario y secundario.
Algunos de los trabajos de Tesla involucran un transformador de alta frecuencia, de
núcleo de aire, fuertemente acoplado, cuya salida alimenta una bobina resonante,
algunas veces llamada “bobina extra”, o simplemente una “secundaria superior”. El
principio es que la energía se acumula en la bobina superior resonante, y el papel del
transformador secundario es llevado a cabo por la secundaria “inferior”; Los papeles no
están compartidos por un único secundario. Sistemas modernos de tres bobinas
generalmente o colocan la secundaria superior a cierta distancia del transformador, o lo
hacen de un diámetro considerablemente menor; no se busca acoplamiento magnético
con la secundaria superior, porque cada secundaria está diseñada específicamente
para su papel.
En detalle, este circuito Tesla consiste en una bobina en relación inductiva cercana con
un primario, y una de las terminaciones conectada a una placa a tierra, mientras que la
otra está dirigida a través de una bobina de auto-inducción separada (cuya conexión
debe ser hecha siempre a, o cerca de, el centro geométrico de la bobina, para asegurar
una distribución simétrica de la corriente), y de un cilindro metálico que transporta la
corriente al terminal. La bobina primaria puede ser excitada por cualquier fuente de
corriente de alta frecuencia deseada. El requerimiento importante es que los lados
primario y secundario deben estar ajustados a la misma frecuencia resonante para
permitir transferencias eficientes de energía entre los circuitos resonantes primario y
secundario. Originalmente, un alternador de alta frecuencia o un capacitor de descarga
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eran usados para excitar la bobina primaria. Bobinas Tesla modernas pueden usar
tubos de vacío para excitar el primario y generar corriente de alta frecuencia.
En el diseño de Tesla, el conductor a la terminal tiene la forma de un cilindro de suave
superficie con radio mucho mayor que el de las placas metálicas esféricas, y que se
ensancha en la parte más baja en un gancho (que está encajado para evitar pérdidas
por corrientes de Foucault y por seguridad). La bobina secundaria está enrollada en un
tambor de material aislante, con sus vueltas muy cercanas entre sí. Cuando el efecto
de los pequeños radios de curvatura del cable es superado, la bobina secundaria
inferior se comporta como un conductor de gran radio de curvatura, correspondiendo al
del tambor. El final inferior de la bobina secundaria superior, si se desea, puede ser
extendido hasta el terminal, hasta algún lugar por debajo de la vuelta superior de la
bobina primaria. [3]
2.2.1 Uso y producción
Esquema típico de una bobina Tesla
Este circuito de ejemplo está diseñado para ser alimentado con corrientes alternas.
Aquí el spark gap corta la alta frecuencia a través del primer transformador. Una
inductancia, no mostrada aquí, protege el transformador.
2.2.2 Configuración alternativa de una bobina Tesla
Este también alimentado por corrientes alternas. Sin embargo, aquí el transformador de
la alimentación AC debe ser capaz de tratar altos voltajes a altas frecuencias
2.2.3 Transmisión
Una bobina Tesla grande de diseño actual puede operar con niveles de potencia con
picos muy altos, hasta muchos megavatios (un millón de vatios). Debe por tanto ser
ajustada y operada cuidadosamente, no sólo por eficiencia y economía, sino también
por seguridad. Si, debido a un ajuste inapropiado, el punto de máximo voltaje ocurre
por debajo de la terminal, a lo largo de la bobina secundaria, una chispa de descarga
puede dañar o destruir el cable de la bobina, sus soportes o incluso objetos cercanos.
Tesla experimentó con estas, y muchos otras, configuraciones de circuitos (ver dcha).
El arrollamiento primario, el spark gap y el tanque capacitor están conectados en serie.
En cada circuito, el transformador de la alimentación AC carga el tanque capacitor
hasta que su voltaje es suficiente para producir la ruptura del spark gap. El gap se
dispara, permitiendo al tanque capacitor cargado descargarse en la bobina primaria.
Una vez el gap se dispara, el comportamiento eléctrico de cada circuito es idéntico. Los
experimentos han mostrado que ninguno de los circuitos ofrece ninguna ventaja de
rendimiento sobre el otro. [2]
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Sin embargo, en el circuito típico (arriba), el cortocircuitar el spark gap previene que las
oscilaciones de alta frecuencia 'vuelvan' al transformador. En el circuito alterno,
oscilaciones de alta amplitud y alta frecuencia que aparecen a lo largo del capacitor
también son aplicadas a la bobina del transformador. Esto puede inducir descargas de
corona entre los giros que debiliten y eventualmente destruyan el aislamiento del
transformador. Constructores experimentados de bobinas Tesla utilizan casi
exclusivamente el circuito superior, generalmente añadiendo filtros pasa baja (redes de
resistores y capacitores) entre el transformador y el spark gap. Esto es especialmente
importante cuando se usan transformadores con oscilaciones de alto voltaje frágiles,
como transformadores de luces de Neon (NST en sus siglas en inglés).
Independientemente de la configuración que se use, el transformador HV debe ser del
tipo que auto-limita su corriente secundaria por medio de inductancias de fuga interna.
Un transformador de alto voltaje normal (con baja inductancia de fuga) debe utilizar un
limitador externo (a veces llamado ballast) para limitar la corriente. Los NST están
diseñados para tener inductancia de fuga alta, para limitar sus cortocircuitos a niveles
seguros.
2.2.4 Seguridad y precauciones
En el ajuste de la bobina la frecuencia de resonancia de la bobina primaria se ajusta al
mismo valor de la bobina secundaria. Es recomendable para comenzar usar
oscilaciones de baja potencia, y a partir de estas incrementar la potencia hasta el
momento en el que el aparato esté bajo control. Mientras se ajuste, se suele añadir una
pequeña proyección (llamada "breakout bump") al terminal superior para estimular
descargas de corona y de chispas (también llamadas "streamers") en el aire
circundante. La bobina puede entonces ajustarse para conseguir las descargas más
largas a una cierta potencia dada, correspondiendo a la coincidencia de frecuencias
entre la bobina primaria y la secundaria. La "carga" capacitiva de estos streamers
tiende a bajar la frecuencia resonante de una bobina Tesla funcionando a potencia
máxima. Por distintas razones técnicas, resulta efectivo elegir a los terminales
superiores de la bobina con forma toroidal.
Ya que las bobinas Tesla pueden producir corrientes o descargas de muy alta
frecuencia y voltaje, son útiles para diferentes propósitos entre los que se incluyen
demostraciones prácticas en clases, efectos especiales para teatro y cine, y pruebas de
seguridad de diferentes tecnologías. En su funcionamiento más común, se producirán
largas descargas de alto voltaje en todas direcciones alrededor del toroide, que
resultan muy espectaculares. [3]
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2.2.5 Descargas aéreas
Al generar las descargas, se produce una transferencia de energía eléctrica entre la
bobina secundaria y el toroide y el aire circundante, transferencia que se produce en
forma de carga eléctrica, calor, luz y sonido. Las corrientes eléctricas que fluyen a
través de estas descargas se deben a la rápida oscilación de cargas desde el terminal
superior al aire circundante. El proceso es similar a cargar o descargar un capacitor. La
corriente que surge de aumentar la carga en un capacitor se denomina corriente de
desplazamiento. Al producirse estas corrientes de desplazamiento, se forman pulsos de
carga eléctrica que se transfieren rápidamente entre el toroide de alto voltaje y las
regiones de aire cercanas, llamadas regiones de carga espacial. Estas regiones de
carga juegan un papel fundamental en la aparición y situación de las descargas de las
bobinas Tesla.
Cuando el spark gap se dispara, el capacitor cargado se descarga en el primer
arrollamiento, lo que hace que el circuito primario empiece a oscilar. La corriente
oscilante crea un campo magnético que se acopla con el segundo arrollamiento,
transfiriendo energía a la parte secundaria del transformador y produciendo que este
oscile con la capacitancia toroidal. La transferencia de energía ocurre durante varios
ciclos, y la mayor parte de la energía que originalmente se encontraba en la parte
primaria, pasa a la secundaria. Cuanto mayor es el acoplamiento magnético entre los
arrollamientos, menor será el tiempo requerido para completar la transferencia de
energía. Según la energía crece en el circuito oscilante secundario, la amplitud del
voltaje RF del toroide crece rápidamente, y en el aire circundante al toroide se produce
una ruptura del dieléctrico, formando una descarga de corona.
Según se sigue incrementando la energía (y el voltaje exterior) de la segunda bobina,
se producen pulsos mayores de corriente de desplazamiento que ionizan y calientan el
aire. Esto forma una “raiz” de plasma caliente muy conductora, llamada chispa directora
que se proyecta hacia el exterior del toroide. El plasma en esta “conductora” está
considerablemente más caliente que una descarga de corona, y es considerablemente
más conductora. De hecho, tiene propiedades similares a un arco eléctrico. La
conductora se bifurca en miles de descargas mucho más finas, similares a cabellos,
llamadas streamers.
Estos streamers son como una “niebla” azulada al final de las conductoras más
luminosas, y son estos los que transfieren la carga entre el toroide y las regiones
espaciales de carga circundantes. Las corrientes de desplazamiento de incontables
streamers alimentan a la conductora, ayudando a mantenerla caliente y eléctricamente
conductora. [6]
Página 19
En una bobina Tesla con spark gap, el proceso de transferencia de energía entre los
circuitos primarios y secundarios ocurre repetidamente a unas tasas típicas de
transferencia de 50/500 veces por segundo, y los canales conductores previamente
formados no tienen oportunidad de enfriarse totalmente entre pulsos. De esta forma, en
pulsos sucesivos, las nuevas descargas pueden construirse en los rastros calientes
dejados por sus predecesoras. Esto produce un crecimiento consecutivo de las
conductoras de un pulso al siguiente, alargando la descarga en cada pulso sucesivo.
La repetición de los pulsos produce que las descargas crezcan hasta que la energía
media que está disponible en la bobina Tesla durante cada pulso se equilibre con la
energía media perdida en las descargas (mayormente por calor). En este punto se
alcanza el equilibrio dinámico, y las descargas alcanzan su máxima longitud para esa
potencia exterior de la bobina. Esta única combinación de un alto voltaje creciente de
radiofrecuencia y una repetición de pulsos parece ajustarse de forma ideal para crear
descargas largas y bifurcadas que son considerablemente mayores que las que se
podrían esperar simplemente considerando el voltaje exterior. Más de 100 años
después del uso de las primeras bobinas Tesla, hay muchos aspectos de las descargas
y de los procesos de transferencia de energía que todavía no se comprenden en su
totalidad.
2.2.6 Recepción
La bobina secundaria y su capacitor se pueden usar en modo receptivo. Los
parámetros de una bobina Tesla transmisora son aplicables idénticamente para ser un
receptor, debido a la reciprocidad electromagnética. La impedancia, sin embargo, no se
aplica de manera obvia. La impedancia en la carga eléctrica externa es más crítica, y
para un receptor, este es el punto de utilización (como en un motor de inducción) más
que en el nodo receptor.
Las bobinas Tesla también se pueden construir para utilizar la electricidad atmosférica,
aunque generalmente no se usan con estos propósitos. Tesla sugirió que una variación
de la bobina Tesla podría utilizar el efecto “phantom loop” para formar un circuito capaz
de inducir energía del campo magnético de la Tierra y otras fuentes de energía radiante.
Este concepto es parte de su transmisor de energía sin cables.
Mientras que Tesla demostró la transmisión de potencia eléctrica sin cables de un
transmisor a un receptor, señalamos, con respecto a las especulaciones de Tesla
relacionadas con el aprovechamiento de fenómenos naturales para obtener potencia
eléctrica, que este artículo no cita ninguna demostración pública de este tipo de
tecnología, por ningún individuo, grupo, o entidad de algún tipo.
El mito del efecto pelicular (skin effect) [6]
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Los peligros de las corrientes de alta frecuencia se perciben a veces como menores
que los producidos a bajas frecuencias. Esto se suele interpretar, erróneamente, como
debido al efecto pelicular, un efecto que tiende a inhibir la corriente alterna que fluye
dentro de un medio conductor. Aunque el efecto pelicular es aplicable dentro de
conductores eléctricos (por ejemplo metales), la “profundidad de penetración” de la
carne humana a las frecuencias típicas de una bobina Tesla es del orden de los 100 cm
o más. Esto significa que corrientes de alta frecuencia seguirán fluyendo
preferentemente a través de partes mejor conductoras del cuerpo como el sistema
circulatorio y el nervioso. En realidad, el sistema nervioso de un ser humano no siente
directamente el flujo de corrientes eléctricas potencialmente peligrosas por encima de
15/20 kHz; para que los nervios sean activados, un número significativo de iones deben
cruzar su membrana antes de que la corriente (y por lo tanto el voltaje) se revierta.
Debido a que el cuerpo no provee una señal de shock, los inexpertos pueden tocar los
streamers exteriores de una pequeña bobina Tesla sin sentir dolorosos shocks. Sin
embargo, hay pruebas entre experimentadores de bobinas Tesla de haber sufrido daño
temporal en los tejidos, el cual puede ser observado como dolor de músculos,
articulaciones u hormigueo durante horas e incluso días después. Se cree que esto
puede deberse a los efectos dañinos del flujo de corrientes internas, y es
especialmente común con bobinas Tesla de onda continua, de estado sólido o de vacío.
Grandes bobinas Tesla y amplificadores pueden producir niveles peligrosos de
corriente de alta frecuencia, y también altos voltajes (250.000/500.000 voltios o
más). Debido a sus altos voltajes se pueden producir descargas potencialmente letales
desde los terminales superiores. Doblando el potencial exterior se cuadruplica la
energía electrostática almacenada en un terminal de cierta capacitancia dada. Si un
experimentador se sitúa accidentalmente en el camino de una descarga de alto voltaje
a tierra, el shock eléctrico puede causar espasmos involuntarios y puede inducir
fibrilación ventricular y otros problemas que puedan matarnos. Incluso bobinas de baja
potencia de vacío o de estado sólido pueden producir corriente de radio frecuencia que
son capaces de causar daños temporales en tejidos internos, nervios o articulaciones a
través de calentamiento Joule. Además un arco eléctrico puede carbonizar piel,
produciendo dolorosas y peligrosas quemaduras que pueden alcanzar el hueso, y que
pueden durar meses hasta su curación. Debido a estos riesgos, los experimentadores
con conocimientos evitan el contacto con los streamers de todos excepto los sistemas
más pequeños. Los profesionales suelen usar otros medios de protección como una
jaula de Faraday, o trajes de cota de malla para evitar que las corrientes penetren en el
cuerpo. Una amenaza que no se suele tener en cuenta es que un arco de alta
frecuencia puede golpear el primario, pudiendo producirse también descargas mortales.
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2.2.7 Casos y dispositivos
Los laboratorios Tesla de Colorado Springs poseían una de las bobinas Tesla más
grande jamás construida, conocida como el “transmisor amplificador” ("Magnifying
Transmitter"). Estees algo diferente de una bobina Tesla clásica de dos bobinas. Un
amplificador usa un sistema de dos bobinas para excitar la base de una tercera bobina
(resonador) que está situada a cierta distancia del primero. Los principios operativos de
ambos sistemas son similares.
La bobina Tesla más grande jamás construida fue hecha por Greg Leyh. Es una unidad
de 130.000 vatios, parte de una escultura de 12 m de alto. El propietario es Alan Gibbs
y actualmente reside en un parque escultural privado en Kakanui Point cerca de
Auckland (Nueva Zelanda).
La bobina Tesla es un predecesor primitivo (junto a la bobina de inducción) de un
dispositivo más moderno llamado “transformador flyback”, que provee del voltaje
necesario para alimentar los tubos de rayos catódicos usados en algunas televisiones y
monitores de ordenador. La bobina de descarga disruptiva se mantiene como uso
común como “bobina de ignición” en el sistema de ignición de un motor de combustión
interna. Sin embargo, estos dos dispositivos no utilizan la resonancia para acumular
energía, característica distintiva de una bobina Tesla. Una versión moderna de baja
potencia de la bobina se usa para alimentar la iluminación de esculturas y dispositivos
similares. [3]
2.3 CONCEPTOS BASICOS
Capacitor o condensador: Un capacitor está compuesto de dos placas metálicas
separadas por un dieléctrico. Su función es almacenar cargas eléctricas. El material
aislante que separa las placas se llama dieléctrico y generalmente se usa aire, vidrio,
mica, etc. Si dos placas cargadas eléctricamente están separadas por un material
dieléctrico, lo único que va a existir entre dichas placas es la influencia de atracción a
través de dicho dieléctrico.
Capacidad eléctrica: Se define como la propiedad que tienen los capacitores de
almacenar cargas eléctricas. La unidad fundamental de la capacidad es el farad o
faradio (F); los submúltiplos de esta unidad son los microfaradios (millonésimos de
farad), picofaradios, etc.
Inductor o bobina: Descripción: Si tomamos un conductor, por ejemplo un alambre y
lo enrollamos, formamos una bobina; si hacemos que fluya una corriente por ella se
establecerá un poderoso campo magnético equivalente al que tiene una barra de acero
imantada, con sus polos norte y sur. Es posible demostrar que el flujo de corriente que
pasa por un conductor está acompañado por efectos magnéticos: la aguja de una
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brújula, por ejemplo, se desvía de su posición normal, norte-sur, en presencia de un
conductor por el cual fluye una corriente. La corriente, en otras palabras, establece un
campo magnético.
Si ahora hacemos que por dicha bobina circule una corriente alterna (en la que los
electrones cambian de dirección) de alta frecuencia (radiofrecuencia), se establecerá
un campo magnético variable. Si en presencia de dicho campo magnético variable
colocamos otra bobina (bobina secundaria), en esta se "inducirá" una corriente
eléctrica similar a la de la bobina primaria.
Inductancia eléctrica: Se define como la propiedad de una bobina que consiste en la
formación de un campo magnético y en el almacenamiento de energía
electromagnética cuando circula por ella
una corriente eléctrica. La unidad fundamental de la inductancia es el Henry (H); los
submúltiplos de esta unidad son los milihenry (milésimas de henry), microhenry, etc.
Frecuencia: Es el número de oscilaciones o ciclos que ocurren en un segundo. La
unidad fundamental de la frecuencia es el Hertz (Hz) y corresponde a un ciclo por
segundo.
Radiofrecuencia: Se le llama radiofrecuencia a las corrientes alternas con frecuencias
mayores de los 50,000 Hz.
Oscilador: Es un circuito electrónico capaz de generar corrientes alternas de cualquier
frecuencia.
Frecuencia natural: Todos los objetos elásticos oscilan cuando son excitados por una
fuerza externa (una barra metálica al ser golpeada oscila, emitiendo un sonido
característico). La frecuencia a la que un objeto elástico oscila libremente es llamada su
frecuencia natural de oscilación. Si a dicha barra oscilante acercamos otra barra
idéntica, la segunda barra comenzará a oscilar a la misma frecuencia, excitada por la
primera; esto es que la segunda barra habrá resonado con la primera.
En el caso de las oscilaciones electromagnéticas, se presenta el mismo fenómeno que
es justamente el hallazgo realizado por Tesla y aplicado a su bobina. Tesla construyó
un circuito oscilador (un capacitor conectado en paralelo con una bobina ) que llamó
primario y a él acerco una bobina secundaria cuya frecuencia natural de oscilación
fuese la misma que la del circuito primario; de la relación de vueltas entre
el primario y el secundario depende el voltaje obtenido. [6]
Primero que nada se deben hacer las recomendaciones de siempre, que si bien
suenan aburridas son siempre necesarias. Repito lo que todos me han dicho: una
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bobina tesla trabaja con tensiones peligrosas que pueden acarrear daños físicos graves
o incluso la muerte, por lo que deben tomarse todas las precauciones posibles, sobre
todo en la etapa del circuito primario, donde la capacidad de corriente de la fuente es
significativa. Nunca trabajen en los circuitos bajo tensión, y efectúen todas las pruebas
a una distancia de observación prudente (depende de la potencia pero al menos 3m).
Esquema del circuito
fig. 6 Esquema de circuito de la bobina (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)
1) Conseguir las fuentes de alimentación (transformadores):
Deben cumplir las siguientes características:
•Voltaje de salida elevado, en el orden de los 1000(mil) a 15000(quince-mil) volts cada
transformador.
• Capacidad de corriente significativa (Potencia entregable para una determinada
tensión). Esto será de acuerdo a la magnitud de arcos eléctricos con que se conforme
cada uno. Por ejemplo un transformador de microondas presenta una tensión
relativamente baja para lo que concierne a las bobinas tesla pero también posee una
corriente alta que contribuye a un buen acoplamiento magnético entre primario y
secundario. También pueden usarse transformadores de carteles de neón, que suelen
trabajar en tensiones del orden de los 10000 V pero con apenas unos 25 a 30 mA. Las
potencias que se consiguen utilizando estos son también grandes pero presenta ciertos
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inconvenientes como la necesidad de una aislación más cuidadosa y el uso de
capacitores de mayor limitación de tensión (más caros)
•Posibilidad de asociar los primarios en paralelo y los secundarios en serie con el
objeto de incrementar la tensión.
utilizar transformadores de microondas, ya que son relativamente abundantes, pueden
acoplarse varios en serie sin demasiados inconvenientes, son de tensión bastante alta
(2000V) y mucha potencia (500 o mas vatios). Estamos hablando de corrientes del
orden de los 300 a 500 mA.
Los norteamericanos los conocen por la abreviatura MOT. (Microwave Oven
Transformer) (Transformador de Horno de Microondas)
fig. 7 Transformador (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)
Bobina primaria: Debe utilizarse en lo posible un tubo o una cinta de un conductor
bueno (cobre, aluminio, plata XD). La forma tubular es conveniente para el manejo de
altas frecuencias debido al “efecto pelicular”, que produce que la corriente tienda a
circular por la periferia del cable y no por el centro.
Pueden optar por diferentes diseños. Si van a manejar poca potencia usen una espiral
vertical (tipo serpentina-figura 1). Si la potencia es más elevada pueden optar por
espirales cónicas (como es mi caso) o planas (como son la mayoría en Internet). Debe
tener cerca de 10 vueltas, en nuestro caso fueron 7 en total. [3]
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Utilizamos soportes de acrílico para montar la bobina, como ilustra la figura. El tubo es
de aluminio para gas de ¼ de pulgada.
Respecto a sus terminales, uno es fijo y va conectado a un borne del capacitor,
mientras que el otro debe poder moverse a lo largo de las espiras para sintonizar la
frecuencia de resonancia.
Fig. 8 bobina primaria (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)
Bobina secundaria: Consiste en un tubo de material aislante (plásticos como PVC,
polietileno, poliéster; o fibra de vidrio), que no absorban humedad, por lo que no es
conveniente utilizar madera o cartón. El número de espiras es alrededor de 1000, si
bien puede variar con la forma de la bobina.
spark gap
La relación ideal para la altura es 3 veces el diámetro. El alambre debe ser cobre
esmaltado, en lo posible fino ya que las corrientes en el secundario son muy bajas. En
nuestro caso es de 0,40 mm de diámetro.
(He observado que en la mayoría de las bobinas grandes y poderosas que se ven por
la web la bobina secundaria es bastante fina, o sea, de un largo varias veces mayor al
diámetro. Desconozco si esto pueda realmente afectar mucho al rendimiento, más allá
del cambio del valor de inductancia de la bobina por una cuestión de su propia
geometría, que nos modificaría la frecuencia de resonancia del sistema; quizás también
pueda favorecer a la aislación por una mayor distancia al circuito primario. No hemos
hecho las pruebas pertinentes.)
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La aislación de la bobina secundaria es bastante importante, ya que si la puesta a tierra
no es demasiado buena, pueden aparecer efectos no deseados como descargas del
primario al secundario, o descargas entre dos partes del secundario, o por dentro de la
bobina, que no son nada recomendables puesto que pueden hacer disparar el
disyuntor (diferencial) y detener el funcionamiento de la bobina, además de daños a la
bobina como quemaduras. Es recomendable asilar el secundario con resina poliéster,
que aunque es algo difícil de conseguir, tiene valores de aislación dieléctrica muy
grande. Es sumamente importante no dejar el alambre de cobre de la bobina en el
interior del tubo cuando sobre porque producirá descargas interiores no deseadas que
evitarán la formación de arcos en el toroide. [3]
fig. 9 Bobina secundaria (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)
Capacitor primario: Existen diversos modelos, en algunos videos los capacitores son
caseros, a menudo hechos alternando capas de aluminio y polietileno
Desafortunadamente no existen valores comerciales para ese tipo de tensiones, por lo
que la única alternativa consiste en asociar capacitores más pequeños en serie para
que soporten más tensión, y luego en paralelo para compensar la disminución de
capacidad como consecuencia de colocarlos en serie.
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2.3.1
SISTEMAS ELECTRICOS
Los elementos que se utilizan para estos sistemas son los siguientes:
Voltaje: El voltaje en los sistemas eléctricos es análogo a la presión en los sistemas
hidráulicos o neumáticos. Esta es la Fuerza electromotriz requerida para producir un
flujo de corriente en un alambre, la unidad de voltaje es el volt (v).
Carga: La carga eléctrica es la integral de la corriente con respecto al tiempo. La
unidad de carga es el Coulomb. Un Coulomb es la cantidad de carga transferida en un
segundo por una corriente de un ampere:
Corriente: La corriente se refiere a la razón de cambio del flujo de carga. La unidad de
corriente es el ampere. Si una carga de dq coulomb cruza un área dada en dt segundos
entonces la corriente i es: AMPERE= COULOMB/SEGUNDO
Si la carga positiva fluye de izquierda a derecha ( o la carga negativa de derecha a
izquierda), entonces el flujo de corriente es de izquierda a derecha.
Fuente de corriente y Fuente de voltaje
Fuente de corriente: se entiende una fuente de energía que produce un valor
específico de corriente, usualmente como función del tiempo.
Suministra una corriente específica independientemente del voltaje a través de la
fuente. Si un generador suministra la corriente en forma cadi independiente del circuito
conectado se trata de un generador de corriente.
Fuente de voltaje: Es una fuente de energía que suministra un valor específico de
voltaje en función del tiempo, en forma completamente independiente de la corriente,
es decir, es un fuente de potencia eléctrica, en la cual el voltaje es independiente de la
corriente consumida.
Un generador que suministra una salida de voltaje que es casi independiente del
circuito al cual esta conectado se llama generador de voltaje.
Elementos básicos de los circuitos eléctricos
Se encuentran tres tipos de elementos básicos en los circuitos eléctricos: elementos
resistivos, elementos capacitivos y elementos inductivos que se explican a
continuación:
Elementos resistivos: La resistividad se define como el cambio en voltaje requerido
para producir un cambio unitario en la corriente, o:
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Resistencia R
La resistencia R de un resistor lineal puede entonces darse por:
R Donde es el voltaje a raves del resistor es la corriente que fluye por el resistor.
La unidad de resistencia es el Ohm donde:
Ohm= El reciproco de la resistencia se llama conductancia. La unidad de conductancia
es el siemens (S). (1 S= 1 A/V ==ohm)
Conductancia= Los resistores no almacenan energía eléctrica en forma alguna pero
en su lugar la disipan en forma de calor. Los resistores reales pueden ser no lineales y
pueden también presentar algunos efectos capacitivos e inductivos.
Elementos capacitivos: Dos conductores separados por un medio no conductor
(aislante o dieléctrico) forman un capacitor. De este modo que dos placas metálicas
separadas por un material eléctrico muy delgado forman un capacitor. Algunas veces el
área se hace variable, como en un condensador de sintonización de un radio.
La capacitancia se define como el cambio en la cantidad de carga eléctrica requerido
para producir un cambio unitario en el voltaje o:
La capacitancia C es una medida de la cantidad de carga que puede almacenarse para
un voltaje dado entre las placas.(Al acercarse las placas entre si la capacitancia se
incrementa y se incrementa y se puede almacenar carga adicional para un voltaje dado
entre placas.) La capacitancia C de un capacitor puede darse entonces por:
Donde q es la cantidad de carga almacenada y es el voltaje a través del capacitor. La
unidad de capacitancia es el farad (F), donde:
La capacitancia se define como un numero positivo. Un positivo causa que una
corriente i fluya de izquierda a derecha. Por eso, tomamos la dirección positiva de i
hacia la derecha. Puesto que: i=dt/dt y , tenemos:
Por lo tanto, un capacitor puro almacena energía y puede entregarla toda, los
capacitores reales, por otro lado, muestran diferentes perdidas..
Elementos inductivos. Alrededor de un carga de movimiento o corriente en una región
de influencia que se llama campo magnético. Si el circuito se encuentra en un campo
magnético variante con respecto al tiempo, se induce una fuerza electromotriz en el
circuito. La relación entre el voltaje inducido y la razón de cambio de la corriente (que
significa cambio en corriente por segundo) se define como inductancia o,
Los efectos inductivos pueden clasificarse como auto inductancia e inductancia mutua.
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La auto inductancia es la propiedad de una bobina particular que ocurre cuando el
campo magnético establecido por la corriente de la bobina enlaza a la propia bobina.
La magnitud del voltaje inducido es proporcional a la razón de cambio del flujo enlaza al
circuito. Si el circuito no contiene elementos ferromagnéticos, la razón de cambio del
flujo es proporcional a di/dt. La autoinductancia o simplemente inductancia L, es la
constante de proporcionalidad entre el voltaje inducido volts y la razón de cambio de la
corriente (o cambio en corriente por segundo) esto es,
L= La unidad de la inductancia es el Henry (H). Un circuito eléctrico tiene una
inductancia de un Henry cuando la razón de cambio de un ampere por segundo
inducirá una fem de un volt.
A causa de que la mayor parte de los inductores son bobinas de alambre, estos tienen
una considerable resistencia. Las pérdidas de energía debidas a la presencia de la
resistencia se indican en el factor de calidad Q, el cual muestra la relación entre la
energía almacenada y la disipada. Un valor alto de Q alto generalmente significa que el
inductor posee poca resistencia.
La inductancia mutua se refiere a la influencia entre inductores que resulta de la
interacción de sus campos. Si dos inductores están involucrados en un circuito eléctrico,
cada uno de ellos puede quedar bajo la influencia del campo magnético del otro
inductor. Entonces la caída de voltaje en el primer inductor esta relacionada con la
corriente que fluye por el primer inductor, tanto como con la corriente que fluye por el
segundo inductor, cuyo campo magnético influye en el primero. El segundo inductor
también esta influido por el primero. [4]
LEYES BASICAS DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS
Ley de Ohm: La ley de Ohm establece que la corriente en un circuito es proporcional a
la fuerza electromotriz total (fem) que actúa sobre el circuito e inversamente
proporcional a la resistencia total del circuito. Puede expresarse mediante.
Esta ley es fundamental para obtener circuitos de resistencia combinadas en serie y
paralelo, las corrientes y los voltajes en tales circuitos.
Donde i es la corriente (ampere), e es la fem (volts) y R la resistencia (ohms).
Circuitos en serie. La resistencia combinada de resistores conectados en serie es la
suma de las resistencias por separado.
Leyes de Kirchhoff. El uso de las leyes de Kirchhoff es indispensable para encontrar la
solución de circuitos que involucran fem, resistencias, capacitancias e inductancias.
Hay dos leyes: la ley de corrientes (ley de nodos)y la ley de voltajes (ley de mallas).
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Ley de corrientes de Kirchhoff (ley de nodos).Un nodo en un circuito eléctrico es un
punto donde tres o más conductores se unen entre sí. La ley de corrientes de Kirchhoff
(ley de nodos) establece que la suma algebraica de todas las corrientes que entran al
nodo o salen de él, es cero. La corrientes que van hacia el nodo deben ser precedidas
por un signo más. Las corrientes que van hacia afuera del nodo deben estar precedidas
por un signo menos. [4]
Ley de voltajes de Kirchhoff (ley de mallas).En cualquier instante dado del tiempo la
suma algebraica de los voltajes alrededor de una malla cualquiera en un circuito
eléctrico es cero. Una elevación en el voltaje (la cual ocurre al ir a través de una fuente
de fuerza electromotriz de la terminal negativa a la positiva, o al ir a través de una
resistencia en oposición al flujo de la corriente debe ser precedida por un signo más.
Una caída de voltaje (la cual ocurre al ir a través de una fuerza electromotriz de la
terminal positiva a la negativa, o al ir a través de una resistencia en la dirección del flujo
de corriente debe estar precedida por un signo menos.
Ecuaciones de Maxwell, Forma diferencial, Forma integral:
De estas ecuaciones sabemos que Luego a partir de las soluciones para estas
ecuaciones diferenciales se sabe que: (funciones de onda) Luego por definición como
o Se tiene que Llamado vector de Poynting que corresponde a las magnitudes de E
por B en una dirección perpendicular dado que
Luego, para cada solenoide, se tiene lo siguiente: Donde I viene dado por la ecuación:
Luego, aproximadamente, para el solenoide primario N=5; d=1cm., l=3cm Y para el
solenoide secundario N=3; d=0.8cm., l=1.5cm. Por lo que el equivalente inductivo del
sistema es: Por lo que la ecuación de la intensidad viene dada por:
Así la solución está dada por: Como α es constante invariante, se ajusta el sistema tal
que Así, sustituyendo valores Y como del transformador se obtienen 18V. a 1A.
Entonces Así, para el punto máximo de I(t) se tiene. Tal que Lo cual produce un campo
magnético dependiente del tiempo.
Por otro lado, el sistema hace una liberación de la energía de forma senoidal, es decir,
esta se libera en función del tiempo, como sigue Esto quiere decir que en un segundo
hay cerca de 10630 liberaciones de energía a lo que es igual que el ciclo de cargaliberación dure cerca de 9.40666x10-5 seg.=94micro segundos, esto provoca el sonido
agudo. La jaula de Faraday es un dispositivo que anula el flujo del campo magnético
tanto en un sentido como en otro. Es por esto que se utilizo para proteger los objetos
de inferencias ajenas así como para evitar daños en aparatos electrónicos cercanos. [4]
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DESARROLLO DEL PROYECTO
Para la planeación del proyecto de la bobina de tesla se buscaron materiales así como
una breve explicación de cómo desarrollarla la cual se trato en el tema anterior.
En este tramo cabe aclarar que contamos con un papel aluminio, celofán, madera y
otros componentes en su mayor característica eléctricos.
Una vez obtenido los materiales se procedió al desarrollo previamente con nuestra idea
establecida después de investigar. Se enrollo material propiamente un alambre de
cobre a través de un tubo para crear el embobinado secundario, previamente el
compañero Juan Carlos Martínez se encargo de que no se rompiera ninguna parte del
alambre.
fig. 10 bobina sec. (Fuente cel.)
Después de varias horas de estarse enrollando el alambre y contando con la oportuna
colaboración del compañero José Aurelio, se procedió a ponerle en la base y la parte
superior cinta negra para que hiciera sujeción.
Y de la tabla de madera se cortaron cuatro piezas todas apuntando para el centro las
cuales servirían para generar el embobinado primario
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Fig. 11 bobina primaria (fuente: celular)
Cuatro piezas de madera con tamaños semejantes las cuales fueron agujeradas para
que por ellas circulara el alambre de cobre. Estas piezas de madera fueron
previamente cortadas con una segueta, procurando darles una forma semejante y se
agujeraron con el taladro.
El compañero Juan Carlos García se encargo de esta labor, y cuidadosamente
atornillo cada una de las partes y las aseguro a una base de madera como puede
observarse en la figura anterior.
Una vez hecho todo lo anterior se colocaron las bobinas en la posición establecida la
principal el centro.
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Fig. 12 Proyecto vista (fuente: celular)
Cabe aclarar que también hay al alcance en este proyecto otros componentes como
un pequeño transformador.
Fig. 13 Transformador (fuente: celular)
El cual servirá para transformar y amplificar la corriente.
Otro componente que utilizamos son capacitores previamente desarrollados por el
equipo los cuales constan de aluminio, celofán y fuero recubiertos por papel común y
cinta negra,
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Fig. 14 capacitores (Fuente: celular)
La bobina de tesla cuenta con diferentes partes las cuales son las que intervienen
para que esta funcione como el capacitor el cual fue hecho mano con acetato y
aluminio, las dimensiones del capacitor con una hoja de acetato cortada en cuatro
partes iguales y el aluminio fue cortado de 9*15 el cual fue colocar 5 hojas cortadas
en cuatro partes y se colocaron uno sobre otro hasta que se terminen.
Fig. 15 capacitores (fuente: celular)
Cuenta con el trasformador el cual es el principal en todo porque es el que suministra
las altas tensiones para que la bobina funcione y este genere el rayo que se libera.
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Fig. 18 transformador (fuente : celular)
Cuenta con un foco que va conectado en serie con el trasformador esté conectado en
las estradas del trasformador por donde entran 127 v para que este agá la función de
un fusible por si sea el caso de que se genere un corto.
Fig. 19 funcionamiento ( fuente: celular)
el explosor es el que se forma un arco que rompe la resistencia del aire el cual es el
que descarga el capacitor para que la bobina primaria agá la inductancia y esta sea la
que estimule a la bobina primaria para que esta se induzca y se genere el rayo por
causa del bobinado.
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Fig. 20 conexión explosor( fuente: celular)
CONCLUSIONES
Pues las conclusiones generales del equipo en este primer acercamiento es que la
bobina de tesla es un dispositivo que involucra conceptos de magnetismo y electricidad,
en los cuales se observan desde capacitores, transformadores, y otros como bobinas y
toroides, este ha sido un primer adelanto, puesto que es un dispositivo
extremadamente peligroso debe de ser cuidadosamente construido para evitar posibles
accidentes.
Fig. 21 vista del área de trabajo (fuente: celular)
Y para finalizar una vista de nuestra área de trabajo.
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BIBLIOGRAFIA
[1] http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla/
[2] KENYON J. DOUGLAS, "CIENCIA PROHIBIDA", Vol 3, Editorial ROBIN BOOK, 2002
[3] SENNER ADOLF. “PRINCIPIOS DE ELECTROTECNIA”, 2nd edition, Ed. Reverte, 1995, pp.92
[4] FREEDMAN, LEWIS FORD, J.R. Backhurst, J.H. Harker. “ FISICA UNIVERSITARIA CON
MODERNA”, Volumen 1, 5th edition,pp. 1151, 1996.
[5] http://bobinatesla24.blogspot.mx/
[6] BERKELEYS, “ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO”, Edit. REVERTE, 2nd edition, 1988, pp.389
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