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BOBINA DE TESLA SOBRE UNA TORRE DE 30 cm DE ALTURA

Juan Gabriel Pérez Ferre 1º ESO - B 1


Práctica de Tecnología

ANDEL CENTRO EDUCATIVO

T1

H2

T2

H3

H1

T3

H4

T4

H5

MM

Juan Gabriel Pérez Ferre 1º ESO - B

6 de abril de 2015



ÍNDICE

1. MEMORIA ............................................................................. 3

1.1. OBJETO ........................................................................... 3

1.2. RESEÑA HISTÓRICA ............................................................. 3

1.3. DESCRIPCIÓN .................................................................... 4

1.3.1. TORRE AUTOSOPORTADA ................................................. 4

1.3.2. BOBINA DE TESLA DE 9 cm. ............................................... 4

1.3.3. CIRCUITO ELÉCTRICO ...................................................... 5

1.4. PLAN DE FABRICACIÓN ......................................................... 6

1.4.1. FABRICACIÓN DE LA TORRE ............................................... 6

1.4.2. FABRICACIÓN DE LA BOBINA DE TESLA ................................. 7

1.4.3. FABRICACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO ............................ 8

1.5. LISTADO DE HERRAMIENTAS .................................................. 10

1.6. LISTADO DE MATERIALES ...................................................... 11

1.7. FUNCIONAMIENTO DE LA BOBINA DE TESLA ................................ 12

1.8. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS SOBRE NUESTRO PROTOTIPO ......... 14

2. PLANOS .............................................................................. 15

2.1. Vista general. .................................................................. 15

2.2. Despiece de la torre........................................................... 16

2.3. Detalle de la bobina de Tesla ............................................... 17

2.4. Circuito electrónico. .......................................................... 17

2.5. Modelo 3D en Sketchap ....................................................... 18



1. MEMORIA

1.1. OBJETO El presente proyecto tiene por objeto fabricar una pequeña bobina de tesla para la transmisión de electricidad mediante ondas electromagnéticas. Para mejorar la transmisión y facilitar su manipulación, elevaremos la bobina unos 30 cm de altura mediante una torre autosoportada realizada con listones de madera reciclados. La bobina de Tesla patentada por Nikola Tesla en 1891 cuando tenía 35 años, es un transformador resonante que sirve para transmitir la electricidad sin necesidad de cables. La primera bobina de Tesla de grandes dimensiones fue construida en Colorado Springs (EEUU) y utilizaba altos voltajes y altas frecuencias. Estas bobinas crean y desprenden descargas eléctricas a km y eso es lo que las hace tan impresionantes. En nuestro caso y para evitar posibles accidentes, utilizaremos una modificación del circuito original de Tesla que trabaja con corrientes de bajo voltaje e intensidad, pero que nos permitirá comprobar los mismos resultados a pequeña escala.

1.2. RESEÑA HISTÓRICA Para hacer este proyecto me he basado en Nikola Tesla, un gran científico. Tesla nació en el pueblo de Smiljan en la actual Croacia. Se educó en Graz y posteriormente en Praga, donde estudió ingeniería eléctrica. En 1881 viajó a Budapest para trabajar en una compañía de telégrafos estadounidense. Al año siguiente se trasladó a París para trabajar en una de las compañías de Thomas Alva Edison, donde realizó su mayor aporte: la teoría de la corriente alterna, lo cual le permitió idear el primer motor eléctrico de1882.

En 1884 se trasladó a Nueva York, creando su propia compañía en 1886, tras romper con Edison después de tener muchas diferencias ante la eficiencia entre la corriente continua (CC) y la corriente alterna (CA) de Tesla. Tenía un laboratorio en la calle Houston en Nueva York. En 1887 logra construir el motor de inducción de corriente alterna.



En 1891 inventó la bobina de Tesla. Diseñó y construyó una serie de bobinas que producían corrientes de alto voltaje y alta frecuencia. Aunque todo el mundo cree que estaba loco, registró más de 60 patentes, entre ellas, la corriente alterna, los motores eléctricos, el control remoto, la lámpara de neón, la radio, el rayo de la muerte… Murió en Nueva York el año 1947, a los 86 años de edad.

1.3. DESCRIPCIÓN El proyecto se compone de las siguientes partes:

- Torre autosoportada de 30 cm de altura. - Bobina de tesla de 9 cm. - Circuito eléctrico.

1.3.1. TORRE AUTOSOPORTADA La torre tendrá unos 30 cm de altura y será de sección cuadrada. Irá disminuyendo de grosor según va ascendiendo, con su base de 20 x 20 cm y su parte superior de 10 x 10 cm. Para fabricar la torre utilizaremos listones de molduras y cubrecantos reciclados. Las uniones entre los diferentes elementos que configuran la torre las realizaremos mediante clavos y cola blanca para madera.

1.3.2. BOBINA DE TESLA DE 9 cm. La bobina de tesla es un transformador de núcleo de aire compuesto por dos bobinas:

Bobina primaria: Es un cable de cobre con cubierta de plástico de 1 mm de grosor y unos 15 cm de longitud. Ira suavemente enrollado sobre la bobina secundaria con dos vueltas. Su función es crear un campo magnético de la electricidad que pasa por él.

Bobina secundaria: Estará formada por un cable de cobre esmaltado enrollado sobre un tubo de material aislante de 20 mm de grosor y 10 cm de largo. En nuestro caso, usaremos un tubo de polietileno de alta densidad como los que se usan en las instalaciones de riego. Su función es convertir el campo magnético en electricidad y elevarla a un voltaje mucho más alto.



El terminal superior de la bobina secundaria se conectará a una carga en forma esférica, realizada mediante una pelota de ping-pong recubierta de papel aluminio. Esta carga actúa como un condensador, aumentando considerablemente la fuerza del campo electromagnético.

1.3.3. CIRCUITO ELÉCTRICO El circuito típico de la bobina de Tesla se muestra en la siguiente imagen:

Imagen 1: Circuito típico de la bobina de Tesla

Este circuito trabaja con corrientes alternas y con valores de voltajes elevados, que producen efectos espectaculares en la bobina, como rayos y descargas eléctricas a varios metros de distancia. Nosotros utilizaremos un circuito que funciona con corriente continua de bajo voltaje y componentes de estado sólido evitando las descargas eléctricas y los altos voltajes que pueden ser peligrosos. Este circuito es el “slayer exciter de GBluer” que se muestra en la siguiente figura.

Imagen 2: Circuito modificado de Tesla utilizado en el proyecto

180

2



Se compone de varias partes:

- La fuente de alimentación: Una pila de 9 V. - Circuito electrónico basado en un transistor NPN que convierte la

corriente continua de la pila en una corriente alterna de alta frecuencia para atacar al circuito primario de la bobina.

- La bobina de Tesla ya comentada en el apartado anterior.

1.4. PLAN DE FABRICACIÓN Para realizar el proyecto usaremos materiales reutilizables procedentes de otras instalaciones. La torre la haremos con listones de madera sobrantes de una obra. La bobina está hecha por cables de retales.

1.4.1. FABRICACIÓN DE LA TORRE Para fabricar la torre seguiremos los siguientes pasos:

- Cortar los 4 montantes de la torre de los listones de 15x15 mm a unos 32 cm de largo.

- Cortar los listones de 16x2,5 mm para formar los diferentes tramos o tirantes de la estructura, según medidas de los planos.

- Realizar dos de las caras de la torre uniendo los diferentes tramos según los planos mediante clavos y cola blanca, empezando por los listones horizontales y luego por los inclinados

o Problema: La estructura de la torre no es estable hasta que no

triangulas con los listones oblicuos. Es necesario medir y marcar con lápiz la posición de cada listón horizontal para no equivocarse.

- Una vez realizadas dos de las caras, unirlas mediante los listones

horizontales de las otras dos caras mediante clavos y cola blanca.

o Problema: Clavar los clavos en los montantes de las caras de la torre ya hechas es difícil, pues no apoyan directamente en la mesa de trabajo. Para ello, necesitas que el golpe del martillo se transmita al banco de trabajo mediante una pieza de madera auxiliar.



- Colocar en la torre la tabla que servirá de soporte a la bobina de Tesla. Para ello se fijará mediante cuatro tornillos a la parte superior de los montantes.

- Fijar la base de la torre a la tabla que servirá de soporte del proyecto,

mediante cuatro tornillos atornillados a la parte inferior de cada montante.

o Problema: Al poner los tornillos por la parte de debajo de la

tabla que hará de soporte, éstos quedan sobresaliendo de la misma, por lo que pueden arañar la superficie donde apoye el proyecto. Para evitar esto, se utiliza el taladrador con una broca de avellanado que rebaja la superficie de la tabla ligeramente para que la cabeza del tornillo quede por debajo de la misma, evitando que entren en contacto con la superficie de apoyo.

Imagen 3: Broca de avellanado

- Colocar unos tacos de goma o fieltro bajo la tabla para el apoyo de la

misma sobre la mesa de trabajo.

1.4.2. FABRICACIÓN DE LA BOBINA DE TESLA Para realizar la bobina secundaria de nuestro circuito utilizaremos cable esmaltado de 0,5 mm de diámetro. Este cable se puede comprar en las tiendas de electrónica u obtener de viejos transformadores o relés en desuso. Los pasos para fabricar esta bobina son los siguientes:

- Coger el tubo de polietileno de alta densidad de 10 cm de largo y empezar a enrollar el hilo de cobre esmaltado de 0,5 mm de diámetro por uno de sus extremos. Daremos aproximadamente unas 180 vueltas



sin dejar ningún espacio, formando una superficie compacta. Dejaremos unos 10 cm de cable libre en cada extremo de la bobina.

o Problema: Es muy fácil que las vueltas se suelten de la bobina y

se formen nudos o dobleces en el cable que luego no permitan que los hilos queden juntos. Para evitar esto, haremos un taladro en el tubo para fijar el extremo inferior de la bobina. Mientras vamos realizando las diferentes vueltas, vamos colocando cinta adhesiva para evitar que se suelten. Al finalizar, realizaremos un nuevo taladro, para fijar la parte final del cable y podremos retirar la cinta adhesiva.

- Eliminaremos el esmalte de los extremos del cable de la bobina

secundaria para poder realizar las conexiones. Para ello, quemaremos el esmalte con un mechero y luego lijaremos el cable con una lima para quitar el carboncillo que ha quedado.

- Sobre la bobina secundaria enrollaremos el cable de 1 mm de diámetro con cubierta de plástico. Daremos sólo tres vueltas y estas deben quedar flojas y separadas de la bobina secundaria en la parte inferior de la misma. Dejaremos 10 cm de cable libre en cada uno de los extremos para su conexión con el circuito electrónico.

- Para fijar el tubo de PE sobre la tabla superior de la torre, realizaremos un pequeño taladro en el centro para pasar el cable inferior de la bobina y pegaremos el tubo a la tabla con plástico de barra fundido.

- Para fijar la bobina primaria, haremos dos agujeros junto a la base de la bobina secundaria por los que pasaremos los cables para conectarlos al circuito electrónico, que irá instalado bajo la tabla superior de la torre.

- Para fabricar la esfera que va colocada sobre la bobina secundaria, rodearemos una pelota de pimpón con papel aluminio y lo conectaremos al cable superior de la bobina. Meteremos dentro del tubo el cable sobrante y el papel enrollado y pegaremos la esfera ya cubierta al extremo superior del tubo de PE.

1.4.3. FABRICACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO El circuito electrónico irá instalado en la parte inferior de la tabla donde va fijada la bobina de Tesla. Seguiremos los siguientes pasos:



- Realizaremos las conexiones de los diferentes elementos del circuito mediante soldadura con estaño, siguiendo el esquema mostrado en la figura 2 del punto 1.3.3.

o Problema: Hay que identificar correctamente las diferentes

patillas del transistor. Para ello usaremos el siguiente esquema obtenido de la pagina web del fabricante:

1. Emisor

2. Base

3. Colector

Imagen 4: Disposición de los pines del transistor 2222A

- Realizaremos dos agujeros con un taladro en la tabla para introducir los

diodos led, de forma que sean visibles por la parte superior, justo delante de la bobina. Los agujeros serán del mimo diámetro que los diodos, para que estos queden fijos sin necesidad de pegamento. Una vez colocados, doblaremos las patillas y las soldaremos al resto del circuito.

- o Problema: Instalaremos dos diodos led en serie donde indica en

el esquema. Hay que identificar correctamente las patillas de los diodos, pues estos llevan polaridad y sólo funcionan si se conectan adecuadamente: Anódo al (+) y Cátodo (-).

Imagen 5: Disposición de los pines del diodo led

- Para que el circuito no se separe de la tabla, fijaremos algunos puntos

del mismo con plástico de barra fundido, que no afecta a las conexiones al ser totalmente aislante.

- Haremos un nuevo agujero con un taladro para introducir el pulsador

del interruptor de forma que sea accesible desde la parte superior. Para sujetar el interruptor a la parte inferior de la tabla lo fijaremos con pegamento a la misma.



- Soldaremos los cables de la bobina primaria y secundaria al circuito en

los puntos indicados en el esquema. o Problema: Es importante la polaridad de la conexión de la bobina

primaria. Si se cambian los extremos de la bobina no funciona el sistema. Se debe conectar el extremo inferior de la bobina al colector del transistor y el extremo superior al positivo de la alimentación.

- Conectaremos el broche de la pila de 9 voltios al circuito, respetando

la polaridad del mismo: Cable rojo (positivo) al interruptor y cable negro (negativo) al ánodo del diodo y al emisor del transistor.

- Para fijar la pila y facilitar su intercambio, haremos un pequeño

soporte a mitad de altura de la torre, con una pieza de madera en forma de L realizada con los listones sobrantes, que sujete la pila a uno de los montantes.

1.5. LISTADO DE HERRAMIENTAS Las herramientas que serán necesarias para la construcción de nuestra bobina de tesla sobre torre autosoportada de 30 cm de altura serán las siguientes:

HERRAMIENTAS USO

1. Fabricación de la torre

Banco de trabajo Superficie para trabajar y sujetar objetos.

Martillo Clavar clavos.

Alicates Sujetar objetos y corregir la trayectoria de los clavos.

Destornillador Apretar y aflojar tornillos.

Taladrador + brocas Realizar agujeros en la madera.

Sierra de madera Realizar los cortes de los listones y de las tablas de madera.

Flexometro Medir distancias.

Lapicero Marcar.

2. Fabricación de la bobina de tesla

Sierra de metal Realizar el corte del tubo de PE.

Taladrador + brocas Realizar agujeros en el tubo para fijar los extremos del cable que forma la bobina secundaria.

Cinta adhesiva Fijar el cable al tubo de PE mientras se realiza la bobina.

3. Fabricación del circuito electrónico

Soldador / Estaño Hacer conexiones entre cables.

Multímetro Medir tensiones para comprobar conexiones.

Pistola barra de plástico Pegar o fijar elementos.

Tijeras Cortar cables y los pines o patillas de los componentes.



1.6. LISTADO DE MATERIALES Los materiales utilizados para la realización del proyecto pueden ser en su mayoría reciclados. Solo será necesario adquirir aquellos que no es posible encontrar en equipos usados o que por su bajo precio no merece la pena el reciclarlos.

MATERIAL CANTIDAD CARACTERÍSTICAS RECICL.

1. Torre.

Tramos montantes 1 Listones de madera de haya. 2340x15x15 mm.

Si

Tramos horizontales y tirantes

3 Cantos de madera de roble daimiel. 2340x16x5 mm.

Si

Tablero superior 1 Tablero dm 10x10 cm, 5 mm de espesor. Si

Tablero base 1 Madera prensada con melanina blanco 24x30 cm, 19 mm de espesor

Si

Tacos de goma 4 Adhesivos, trasparentes 1x1 cm No

Cola 1 Bote Cola blanca de carpintero. No

Clavos 1 Bolsa 16 x 0.9 mm. No

2. Bobina de Tesla.

Pelota de Ping-pong 1 Pelota usada. Diámetro 40 mm y 2,8 g. Si

Papel aluminio 1 Rollo Para conservar alimentos. No

Tubo de PE 10 cm Tubería de riego color negro de 20 mm. Si

Cable esmaltado 15 m De cobre esmaltado 0,5 mm de diámetro No

Cable Cu de 0.2 mm 15 cm Cu rígido cubierta de plástico. Si

3. Circuito electrónico.

Transistor N2222A 1 Carcasa de plástico negra. No

Pila 1 9 V, Alcalina, Cuadrada. No

Broche pila 9 V 1 Conector con cables rojo y negro soldados. No

Diodo LED 2 5 V de color rojo. No

Resistencia 22 KΩ 1 ¼ de watio. Tolerancia 5%. No



1.7. FUNCIONAMIENTO DE LA BOBINA DE TESLA Una vez realizada la instalación, vamos a indicar cómo funciona nuestra Bobina de Tesla.

Imagen 6: Proyecto terminado. Torre autosoportada 30 cm con la bobina de Tesla instalada

Para encender el sistema, presionaremos el pulsador y los diodos LED lucirán indicando que la bobina está radiando energía. Para comprobarlo, acercaremos una bombilla de bajo consumo a la esfera de papel aluminio y veremos que el gas que hay en su interior se activa y se ilumina, sin necesidad de cables.



Igualmente, si acercamos un tubo fluorescente, veremos que éste también se enciende sin dificultad. Otra comprobación es introducir una bobina similar a la bobina secundaria de nuestro circuito dentro del campo magnético radiado por nuestro sistema y comprobaremos con un multímetro que el voltaje que se genera entre los extremos de la bobina va aumentando sustancialmente según nos vamos acercando a la esfera radiante, superando incluso los 500 V. Si a la bobina anterior conectamos un diodo, este se encenderá cuando nos acerquemos a la esfera radiante, pues la bobina convierte el campo magnético circundante en una corriente eléctrica que es capaz de excitar el diodo para que luzca.

Imagen 7: Tubo fluorescente iluminado sin cables.



1.8. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS SOBRE NUESTRO PROTOTIPO

En nuestra práctica, anteriormente utilizamos un transistor 2N2222A con carcasa metálica y al montar el circuito el sistema no funcionó. Al medir el voltaje en diferentes puntos con el multímetro, sacamos la conclusión de que la parte del sistema que fallaba era el transistor 2N2222A. Otro problema que tuvimos fue que después de comprar el transistor con la carcasa de plástico y cambiarlo fue que la polaridad de la bobina primaria estaba al revés. Por lo que perdimos mucho tiempo cambiando la polaridad de los componentes etc. Cuando hicimos el circuito en la placa de pruebas y funcionó, al fijar la tabla con la bobina y el circuito bajamos un cable para posicionar la pila de 9V y el interruptor en la base del proyecto. Al ver que no funcionaba buscamos información referente en Internet y llegamos a la conclusión de que el cable, al ser tan largo interrumpía la señal de la radiación electromagnética. Por lo que tuvimos que sujetar la pila mediante dos maderas en forma de L mas o menos en la mitad de uno de los montantes. Pasó lo mismo con el circuito, por lo que intentamos dejar solamente la bobina en la parte superior de la torre. También descubrimos que la intensidad y el funcionamiento de la bobina variaba según estés sentado o de pie, por donde agarres la bombilla/tubo fluorescente, si tocas la bobona o la pila…



2. PLANOS

2.1. Vista general.

T1

H2

T2

H3

H1

T3

H4

T4

H5

MM



2.2. Despiece de la torre.

M

T1

T2

T3

T4

H2

H3

H1

H4

H5 X 4

X 4

X 4

X 4

X 4

X 4

X 4

X 4

X 4

X 4

X 1

X 1

TABLERO DM

5 mm

MADERA PRENSADA MELANINA BLANCO

19 mm

LISTONES H / T: CUBRE-CANTOS MADERA DE ROBLE DAIMIEL

2340x16x5 mm.

LISTONES M: LISTONES DE MADERA DE HAYA

2340x15x15 mm.



2.3. Detalle de la bobina de Tesla

2.4. Circuito electrónico.

180

2



2.5. Modelo 3D en Sketchap

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