miércoles, 5 de octubre de 2011

Bobina Tesla Casera


Nikola Tesla el 10 de julio de 1856 en Similjan, lo que entonces era el Imperio Austrohungaro y actualmente es Croacia. 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.

Su padre era un sacerdote serbo-ortodoxo e impulsaba a su hijo a la vocación religiosa, pero Nikola se sintió mas atraído por el instinto desarrollador de su madre, la cual creaba instrumentos para hacer menos tediosas las tareas cotidianas, como por ejemplo el batidor de huevos mecánico.
Ir a: Museo de Nikola Tesla
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Ese Blog busca realizar de forma física algunos de sus inventos para tener una mejor comprensión de los fenómenos de la electricidad, aquí les dejo un vídeo a la Memoria de Nikola Tesla.


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Proyecto 1

Fabricación de una Bobina de Tesla Casera

Objetivo:  Desarrollar un prototipo de bobina de tesla para el estudio de la corriente alterna en altas frecuencias, y entender mejor los fenómenos que produce este prototipo.

Fases del Proyecto:

1.- Investigación
2.- Diseño de la estructura
3.- Cálculos electricos
4.- Medidas de seguridad
5.- Materiales
6.- Fabricación
7.- Puesta en marcha
8.- Pruebas
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1.- Investigación: 
-- ¿Que es una bobina?

Es un devanado de hilo conductor en torno a un bastidor, o bien al aire, con el cual se obtiene efectos de inductancia. El símbolo de un inductor se muestra a continuación:


Simbologia: Bobina


La inductancia es una medida de la oposicion de un circuito o dispositivo a un cambio en la corriente. La inductancia para cualquier bobina, independientemente de su forma, tamaño o característica, se define por la siguiente ecuación:
La unidad de inductancia en el SI es el henry, (H).


¿Que es un Capacitor?
Un capacitor esta formado por dos conductores con cargas de igual magnitud y de signos opuestos separados por un dieléctrico.


¿Que es la capacitancia?
La capacitancia C de cualquier capacitor se define como la razón entre la magnitud de la carga q en cualquier de los conductores y la diferencia de potencial V entre ellos. Por definición es una cantidad positiva.



C = q/V
Donde:
q = carga almacenada
V = diferencia de potencial entre bornes
La unidad de capacitancia en el SI es el farad  (F) o coulomb/volt


La carga eléctrica se almacena en las placas, y el espacio entre las placas se llena con un material dieléctrico. 
El valor de la capacitancia es proporcional al área superficial del material dieléctrico e inversamente proporcional a su espesor.
Para obtener mayor capacitancia se requiere de una estructura muy delgada con un área grande.



Simbologia: Capacitor



CAPACITORES EN SERIE

1/c equiv = (1/ c1)+ (1/ c2)+ (1/ c3)



CAPACITORES EN PARALELO

C equiv =C1 + C2 + C3

¿Que es una Resistencia?
Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

RESISTENCIAS EN SERIE
R equiv =R1 + R2 + R3

Simbologia: Resistencia 


RESISTENCIAS  EN PARALELO

1/R equiv = (1/ r1)+ (1/ r2)+ (1/ r3)

La unidad de resistencia  en el SI es ohm (Ω)


¿Que es un Transformador?
Son aparatos destinados a variar el voltaje de una corriente alterna. Consiste en su forma sencilla de dos enrrollamientos de (o bobinas) de espiras mutamente acopladas (primario y secundario) sobre un nucleo de hierro dulce laminado.

Funcionamiento: Cuando circula una corriente alterna por una de las bobinas se induce un la otra una fem alterna. Son aparatos reversibles de gran rendimiento. En un transformador ideal en el que no hay perdidas, se cumple que:

¿Que es un Spark? 
El spark o  spark-gap es un elemento constituido por dos terminales de cobre o aluminio, que tienen la función de provocar una chispa. Esto solo es de forma básica para que lo entiendan, después entrare en mas detalles para explicarlo mejor. 
Simbologia: Spark
Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (V).
La ecuación matemática que describe esta relación es:



I= V/R

Calibres de Cable


Figura: Tipos de cables 

A= Cable de cobre para 105 - 120 V (AC)
B= Cable de cobre para 105 - 120 V (AC) con aislante
C= Alambre de cobre para 105 - 120 V (AC) con aislante de 2 fases y una tierra
D= Cable de cobre para 12 - 50 V (AC) con aislante de 2 fases y una tierra
E= Cable de cobre para 105 - 120 V con aislante de 3 fases 
F= Cable de Alta tensión (AC) 500VA - 5KVA


Tabla de Calibres en ingles: 


Donde: 
AWG = calibre
Weight per meter = peso por metro en gramos
Resistance per meter = Resistencia por metro en ohms (Ω)
Diameter (mm) = Diámetro en milímetros
Tabla: Calibres de Cable
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2.- Diseño de la estructura

Este sera el diseño de mi estructura que utilizare

Figura: Materiales
Figura: Ensamble
Figura: Detalle de la parte Inferior
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3.- Cálculos  eléctricos
Calculo del Spark o Spark-gap

Figura: Calculo Spark ( Donde: L =pulgadas, P = Potencia en Watts)
Calculo de capacitores:
Capacitor tipo tanque:

Figura: Calculo capacitor tipo tank ( Donde: C= capacitancia,  Z= impedancia
V= Voltaje, I= Corriente)
Capacitor tipo placas:
Figura: Capacitor de placas ( Donde: DC= Dieléctrico a utilizar)

 Multi mini capacitor:
Figura: multi mini capacitores: ( Donde: strings in parallel = Lineas en paralelo, Capacitors per string= capacitores por linea)
Calculo de la Frecuencia Resonante:
Figura: Frecuencia de resonancia
Calculo bobina helicoidal:
Figura: Bobina helicoidal ( Donde: Medidas en pulgadas)
Calculo bobina en espiral tipo flat:
Figura: Bobina tipo flat
Calculo del Toroide:
Figura: Calculo del Toroide
Calculo del la esfera:
Figura: Esfera
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4.- Medidas de seguridad


Antes de comenzar a realizar nuestra bobina tesla casera, hay que tener en cuenta los siguientes puntos de seguridad "antes de", "durante" y "despues de" que son los siguientes:


"ANTES DE" ( El acontecimiento o fenómeno)

  • Estudiar bien todas las formulas y tener un calculo bien elaborado de su bobina tesla
  • Estudiar bien su diagrama y revisar siempre las conexiones a tierra
  • Estudiar las medidas de seguridad industriales contra descargas electricas
  • Tener a la mano: Un extintor, lentes protectores UV, protectores de oído, cercar el área donde estará la bobina tesla con cinta de color amarillo.
  • Bajo ninguna circunstancia tocar las estelas o pequeños rayos violeta que salen irradiados del toroide o esfera.
  • Bajo ninguna circunstancia tocar la bobina primaria cuando este en funcionamiento la bobina.
  • Dependiendo del alcance de tu rayo, mantenerte a por lo menos 50cm de distancia de la bobina en caso de ser pequeña, si es grande mas de 4 mts.
Estos puntos son de suma importancia ya que pueden evitar lesiones graves, como quemaduras de tercer grado, daños al tejido interno muscular por exceso de tiempo de contacto con los rayos violeta.
Protege tus manos con guantes 


En caso de llegar a tocar el primario puede provocar una fibrosis pulmonar, paro cardíaco, o la muerte.

Nunca veas el arco eléctrico que se forma  en el spark-gap ya que este arco es semejante al de las soldadoras con electrodos, y emiten rayos Uv,  forzosamente necesitas una protección para los ojos.
Lentes especiales con filtro de rayos Uv, los venden en tiendas como TRUPER. (Aqui para ir a la pagina truper)

Trata en la medida de lo posible de comprarte protectores de oídos, el arco eléctrico tambien produce un fuerte sonido de muchisimos decibelios que pueden llegar a ocasionar daños severos. 

Protección ocular  
Protectores de Oído -Tapónes
                                                  Extintor a la mano siempre, sin excusa
Extintor

Al arranque de la bobina, mantén siempre una mano o dentro de tu bolsillo, así evitaras una descarga directa al corazón. 


Usa tenis aislantes especiales para electricista, o en su defecto usa tenis con un buen espesor de plantilla. ( lo mas grueso posible)


Calzado de electricista

"DURANTE"

El el tiempo de encendido de la bobina tesla, como ya había mensionado mantén una mano en tu bolsa, o si estas a por lo menos 5 mts de distancia no quites la vista de tu proyecto. A cualquier indicio de humo, desconecta inmediatamente todo.
No toques el primario cuando este encendida tu bobina tesla, es necesaria solo una distancia muy pequeña entre tu cuerpo y la primaria para ocasionar un arco que es fatal.
Cuando estés a punto de probarla asegúrate de que todas las conexiones son correctas y siempre dale dos pasadas para estar completamente seguro.
Ten lista una libreta, pluma, lápiz, goma y calculadora, para realizar tus anotaciones. 

"DESPUÉS DE"
Una vez concluidas tus observaciones, y quieras manipular tu bobina ten en cuanta los siguientes puntos.

  • No toques nada, desconecta tu bobina de la fuente de 120v
  • Toca el secundario con un conductor aterrizado. (Siempre aislado donde lo sujetaras con la mano)
  • Descarga el capacitor, esto se hace tocando las dos salidas con un conductor aterrizado, siempre aislado donde lo sujetaras con la mano. (Unos los llaman, conexión en corto)
  • Desconecta los transformadores ( en este punto cabe destacar que necesitar adaptarle un interruptor para esta función)
Una vez que hallas realizado estos puntos puedes manipular sin riesgos tu bobina tesla.
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5.- Materiales
Los materiales son los siguientes:
  1. Cable de cobre ( dependiendo de sus cálculos elegir su calibre a utilizar), lo consiguen en ferreterías especializadas.
  2. Cinta de aislar o termofil
  3. Capacitores (dependiendo de sus cálculos)
  4. Transformador de subida o de alta (dependiendo de sus cálculos)
  5. Madera
  6. Cable duplex para hacer una extensión
  7. Clavija
  8. Switchs
  9. Madera
  10. Motor 
  11. Tubo de cobre (para plomeria)
  12. Rodajas (Ruedas para mover la estructura
  13. Tubería de PVC (El diametro depende de tus cálculos)
Herramientas
  1. Taladro
  2. Serrucho
  3. Desarmadores (Plano y cruz)
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6.- Fabricación
En esta parte veremos la fabricación de los diferentes dispositivos:

Fabricacion de tu Transformador:







Fabricación de capacitores:





Construcción general




Aquí estan las medidas de la estructura que voy a utilizar: Todo esta en mm (milimetros)
Figura: Plano estructura (mm)
Transformador:
Para los cálculos del transformador visita esta pagina: CÁLCULOS DE TRANSFORMADOR

Yo utilizare 3 transformadores de alta, para elevar el voltaje hasta 5000v - 5500v, pero he tenido un problema de calentamiento en el primer transformador

Problema con transformador:
Problema de calentamiento
Posible conexión para solucionar el calentamiento del transformador 1, pero seria fabricarme otro transformador totalmente igual al primero que le pondríamos transformador 3.
Aqui el Diagrama: ( Un poco informal, cuando solucione el problema, pondré el correcto y bien hecho.)
Posible solución


9 comentarios:

  1. Buen aporte! Que programa has utilizado para hacer los calculos electricos?

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  2. Buen post amigo, pero me podrias mostrar la configuracion del circuito ya montado, con todos los componentes?

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  3. muy buena explicación con una buenas aportaciones pero si me gustaría saber de donde sacaste los cálculos eléctricos... buen dia

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  4. Que es ese spray que hecha en el ultimo video al enrollar el cable?

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  5. Que buen aporte amigo.. te la viajaste con esto.. mejor explicado no puede estar.. te sacaste un 10

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  6. que es el spray que usaste?? al enrollar el cable?

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  7. hola me pueden ayudar necesito saber si esto si funciona necesito esto para el colegio y necesito ver si el que maneja el tema me puede ayudar

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