BOBINA TESLA PROYECTO.docx

8/17/2019 BOBINA TESLA PROYECTO.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO

CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y

TELECOMUNICACIONES

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOBINA TESLA DE 11KV

INTEGRANTES Carolina Castillo A.

Jenny Tapia.

Mario Chela.

Andrés Maigualema.

Steven Torres

Manuel Rojas

DOCENTE: Biofsi!a "ernanda #eredia.

TECNICO DE LABORATORIO: $lises S%n!he&

INDICE

INTRODUCCIÓN


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'

CAPITULO I................................................................................................................

()TR*+$CC(,)

C-C$* / +(S01* +0 A B*B()A T0SA...............................................................

+0SCR(2C(,) +0 *S C*M2*)0)T0S +0 A B*B()A T0SA.............................

TRA)S"*RMA+*R 003A+*R 4#35 +0 2*T0)C(A..................................................

B*B()A +0 C#*6$0.........................................................................................................

CA2AC(T*R 2R()C(2A...................................................................................................

B*B()A 2R(MAR(A...........................................................................................................

T(2*S +0 B*B()A 2R(MAR(A........................................................................................B*B()A S0C$)+AR(A...................................................................................................

T*R*(+0.............................................................................................................................

CAC$*S +0 *S C*M2*)0)0T0S +0 A B*B()A.............................................

"$0)T0 +0 A(M0)TAC(,)........................................................................................

CA2AC(T*R 2R()C(2A.................................................................................................

B*B()A S0C$)+AR(A....................................................................................................

T*R*(+0...........................................................................................................................B*B()A 2R(MAR(A.........................................................................................................

+(S01* / C*)STR$CC(*) +0 A B*B()A T0SA...............................................

"$0)T0 +0 A(M0)TAC(,)......................................................................................

B*B()A +0 C#*6$0....................................................................................................

CA2AC(T*R 2R()C(2A................................................................................................

C*)C$S(*)0S / R0C*M0)+AC(*)0S...................................................................

B(B(*7RA"8A.................................................................................................................A)09*S..............................................................................................................................


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INTRODUCCIÓN

0l presente tra;ajo ;us!a investigar los fen re=uiere de un

dispositivo =ue permita la simula!i =ue servir% !omo medio

did%!ti!o de ense?an&a para los estudiantes> para afian&ar los !on!eptos ad=uiridos

dentro del aula. 2ara esto se prevé el dise?o y !onstru!!i =ue en

su terminal superior a!umula energa ele!troest%ti!a =ue se !onvierten en des!argas de

energa ele!tromagnéti!a.

2ara el dise?o se ha previsto> en primera instan!ia reali&ar un an%lisis matem%ti!o =ue

rela!ione las varia;les elé!tri!as de tensi !orriente y poten!ias> ne!esarios para el

dimensionamiento de !ada uno de los !omponentes.

2osteriormente> se llevar% a !a;o las prue;as de la;oratorio ne!esarias para garanti&ar el

!orre!to fun!ionamiento de la Bo;ina Tesla> a través del método de prue;a y ajustes> de

manera =ue al final nos ;rinde la !onfia;ilidad sufi!iente para su utili&a!i


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CAPITULO I

CÁLCULO Y DISEÑO DE LA BOBINA TESLA

1.1 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA BOBINA TESLA

1.1.1 TRANSFORMADOR ELEVADOR DE POTENCIA CASERO

Como una alternativa se presenta los transformadores de poten!ia> los mismos =ue son

tam;ién utili&ados para la distri;u!i para apli!a!iones !omo la de

la Bo;ina Tesla son muy po!o usados ya =ue el implementar este tipo de dispositivos

impli!ara re=uerir mayor espa!io.

Se utili&< un transformador !asero de alam;re esmaltado )ro. '' donde se ;o;ino '''D

vueltas y este nos fun!ion< !orre!tamente.

.1. BOBINA DE CHO!UE +e;ido a =ue se pueden produ!ir !orrientes de !orto!ir!uito en el se!undario se ha visto

ne!esario implementar ;o;inas de !ho=ue los mismos =ue limitar%n la !orriente ha!ia el

primario y as de esta forma se podr% evitar da?ar los !omponentes.

$n suministro de alto voltaje puede tener la !orriente limitada por la adi!i ya sea primaria o se!undaria 0sta impedan!ia no


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D

tiene =ue ser resistiva. Si un indu!tor est% !one!tado en serie !on la alimenta!i la !orriente de !ortoE!ir!uito ser% limitado. Si la

salida se!undaria de alto voltaje est% en !orto!ir!uito se reflejar% al devanado primario y

las !ondi!iones aparentes son sentidas en el primario.

E"#$%&'B(")*+ *+, -'B+),' /% C0+#$%.

D%"*'2'/+ %"3(3)*+

1.1.4 CAPACITOR PRINCIPAL

0l !apa!itor de alto voltaje es =ui&%s la parte m%s sensi;le de una Bo;ina Tesla. +ado

=ue est% sometido a voltajes enormes y a =ue sus des!argas produ!en !orrientes

elé!tri!as del orden de !ientos de amperes a fre!uen!ias de !ientos de #&. 0s una parte

de enorme importan!ia en el fun!ionamiento del sistema entero.


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F

0n prin!ipio> el !ondensador es un dep generar los pulsos de alta fre!uen!ia =ue ha!en fun!ionar a la ;o;ina.

os valores de !apa!idad del !ondensador prin!ipal suelen estar entre H>HD I" y H>' I".

Su valor influye en la fre!uen!ia de resonan!ia del primario y del se!undario> y en la

m%Gima poten!ia disponi;le para la ;o;ina Tesla. +ada la naturale&a de su fun!i el

!ondensador utili&ado de;e satisfa!er las siguientes !ondi!iones:

T+-%' -' *+)%,3% /% /%"*'2'. a !orriente de des!arga de un !apa!itor es

del orden de !ientos de amperes y de;e ser !apa& de resistirlos de otro modo

sufrir% de !alentamiento eG!esivo =ue podra llegar a destruirlo.

1.1.5 BOBINA PRIMARIA

a ;o;ina primaria y el !ondensador primario forma el !ir!uito primario. 0ste !ir!uito

resonante paralelo es responsa;le de la genera!i


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K

#ay varios aspe!tos de la ;o;ina =ue se de;en !onsiderar en la etapa de dise?o de una

Bo;ina Tesla:

Capa!idad de altas !orrientes> las !orrientes pi!o en el !ir!uito primario son

enormes !uando los fuegos de !hispa y el !ondensador de dep y en un sistema grande la !orriente pi!o puede ser de

varios miles de amperios. a !orriente pi!o real depende de la tensi enton!es las !orrientes primarias se ven o;ligados a fluir en una !apa m%s fina m%s !er!a de la superfi!ie

del !ondu!tor. 0s de!ir solo se utili&a a parte superfi!ial de !ondu!tor para

transmitir !orriente> pero sirve de ayuda en la !ondu!!i tu;o de !o;re es una op!i para =ue una Bo;ina Tesla tenga un !orre!to

fun!ionamiento de los !ir!uitos primario y se!undario de;en estar sintoni&ados

en la misma fre!uen!ia de resonan!ia. 0sto se puede lograr ha!iendo =ue uno de

los !omponentes del primario o el !ir!uito se!undario sea ajusta;le. 0n un TC la

fre!uen!ia de resonan!ia del se!undario est% generalmente LfijadaL en la etapa de

dise?o> por lo tanto> la fre!uen!ia primaria 4 5 de;e ser ajusta;le para permitir una

afina!i


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pero generalmente esto se apli!a so;re varias de las vueltas de la ;o;ina primaria.

0sto signifi!a =ue la diferen!ia de tensi


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N

B+),' 7)&')' H%-)*+)/'- 8H$3'/+ 9 V)--'&' ;14<

a ;o;ina heli!oidal se enrolla !omo un !ilindro. a indu!tan!ia se !al!ula !on la

f


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@H

as indu!tan!ias> @ y ' est%n en mi!ro henrios.

N: es el nmero de vueltas.

W: es el an!ho de ;o;ina.

R: es el radio medio.

H: es la altura de la ;o;ina.

os valores de O> # y R est%n en pulgadas.@ representa el valor de la !omponente heli!oidal mientras =ue ' representa el

!omponente de ;o;ina plana. @ y ' se !al!ulan por separado !on las f pero tam;ién de;e

soportar la tensi en la ;ase

de la ;o;ina> =ue est% !one!tada la R"Etierra> las !orrientes estar%n en el rango de variosamperios 4Mehlhose> @NNN5.

B+),' S%*$,/')' 8H$3'/+ 9 V)--'&' ;14


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@'

=ue se forme un ar!o entre el toroide y la ;o;ina primaria. 0sto no es pro;lema si se

!uenta !on dispositivos de prote!!i pero tampo!o es

muy vistoso =ue la mayor parte de las des!argas terminen in!idiendo so;re el primario.

$na ve& devanado el se!undario es muy ;uena idea darle un re!u;rimiento de ;arni&

para mantener firme el alam;re y evitar =ue pierda fuer&a> adem%s de =ue estéti!amente

se ve muy ;ien in!lusive se tiene m%s prote!!i @NNN5. Como la ;o;ina opera una !arga> se a!umula alrededor de la

superfi!ie de la !arga superior. Al aplanar la esfera en un toroide> la intensidad de !ampo

se in!rementar% alrededor del radio del toroide. os ar!os se desatar%n !uando la

intensidad del !ampo es mayor. a ventaja de !on!entrar el !ampo alrededor de la radio

es para ayudar a dirigir los ar!os ha!ia el eGterior. $sando una esfera dar% lugar a unadistri;u!i pero los pe=ue?os ar!os.

1. CÁLCULOS DE LOS COMPONENETES DE LA BOBINA

2ara el dise?o y !onstru!!i y eldimensionamiento ade!uado de los e=uipos utili&ados> fueron ne!esarios reali&ar los

siguientes !%l!ulos:

1..1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN

Se !onsidera una fuente de alimenta!i


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@

Voltaje primario: @'H 3

Voltaje secundario: @D 3

Corriente secundario: H mA

Potencia: F O

Frecuencia: FH #&.

1.. CAPACITOR PRINCIPAL

Con las !ara!tersti!as de la fuente de alimenta!i teniendo en !uenta =ue para =ue eGiste la m%Gima transferen!ia de

poten!ia> la impedan!ia del !apa!itor de;e ser igual o !er!ana a la impedan!ia de la

fuente.

+


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@

+


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@D

+imensionando la ;o;ina primaria plana> se !onsidera un espa!io de '.D!m entre la

;o;ina se!undaria y ;o;ina primaria> ya =ue la rigide& dielé!tri!a en un !ampo uniforme

a una temperatura de 'H y humedad menor del H es de ' 3 !m segn un

informe reali&ado por $niversidad )a!ional de la 2lata 4'H@5

2or lo tanto reali&ando el !%l!ulo !on una tensi


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@F

+ejando un espa!io entre la ;o;ina se!undaria y primaria de '.D!m de prote!!i

adem%s de =ue poseer% los siguientes valores en O''.'D!m y R'@.F'D!m> estos

valores se los han previsto !on la misi ;ases de suje!i Capa!itores y Transformador5 se ad=uirieron 4se

!ompraron5 de;ido a sus !ara!tersti!as propias y para garanti&ar un fun!ionamiento


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@K

1.. BOBINA DE CHO!UE

2ara su !onstru!!i !a;e re!al!ar =ue por el tama?o del tuvo no se reali&< el ;o;inado en unasola !apa> sino =ue se reali&< un total de !apas hasta o;tener el nmero de espiras

anteriormente eGpuesto> de igual forma se eGperiment< la primera ;o;ina sin papel

aislante de Alta Tensi sino =ue ni!amente se utili&< el ;arni& !omo

medio aislante.


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@

2ara la !onstru!!i el

pro!edimiento a utili&ar fue similar al de la primera ;o;ina> in!luyendo en este> el papel

aislante de alta tensi para lograr el nmero de espiras deseado se

reali&aron un total de K !apas.

1..4 CAPACITOR PRINCIPAL

2ara lograr el valor de tensi ya =ue segn las espe!ifi!a!iones de !ada uno de los

!apa!itores soportan una tensi el

pro!edimiento se puede eviden!iar en la figura 'H los mismo =ue est%n situados so;re

una l%mina a!rli!a y !on terminales tipo ojo en sus eGtremos

C''*3%"3)*'"

Capa!itan!ia H.@D u"

3oltaje +C @HHH

3oltaje AC KDH

D%3%&),'*)=, /% -' *'7'*)3',*)' 9 >+-3'%

Capa!itan!ia Re=uerida Capa!itan!ia Cal!ulada Capa!itan!ia Medida

.D n" . n" . n"

Ta;la ' 3alor de Capa!itan!ia medida vs Cal!ulada 4#urtado y 3illamar> 'H@5


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'H

M'3%)'- 7'' B+),' P)&')'1..? BOBINA SECUNDARIA

M'3%)'-%" 9 H%'&)%,3'"

Ca;le esmaltado U@F

Barni&

Tuvo 23C de DD !m

Cinta Masing.

2apel Aislante de Alta Tensi en los eGtremos de este se

reali&aron orifi!ios para reali&ar las diferentes !oneGiones !on el toroide y ha!ia tierra>

luego el enrollamiento se lo reali&< a mano> similar pro!eso al de las ;o;inas de !ho=ue

pero sin ningn tipo de ayuda de e=uipos de ;o;inar> esto se lo reali&< hasta o;tener un

;o;inado de @''D espiras. A !ada eGtremo se dej< una distan!ia de D!m de largo del


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''

W Se tienen valores !er!anos entre la fre!uen!ia de resonan!ia medida @KX#&

y la !al!ulada @F'.KX#&> valores =ue sirvieron !omo gua en el momento de

reali&ar las !ali;ra!iones del punto m hasta =ue la

fre!uen!ia del lado primario sea igual o !er!ano al lado del se!undario.

W 0l !orre!to fun!ionamiento de la Bo;ina Tesla se lo puede apre!iar el

momento en =ue se o;tienen disrup!iones superiores a @H!m de longitud en el

toroide> de igual forma eGisten fa!tores eGternos =ue influyen en el

fun!ionamiento de la ;o;ina.

W )o toda la energa propor!ionada por la fuente de alimenta!i una pe=ue?a !antidad de energa es

transformada en !alor y lu&> la !ual se apre!ia entre los des!argadores 4Spar

7aps5.

RECOMENDACIONES

RECOMENDACIONES TCNICAS.

W Como se apre!i< durante el dise?o y ensam;laje de la Bo;ina Tesla> es

re!omenda;le tener un distan!ia !onsidera;le de no menos de '.D!m entre el

primario y el se!undario de la Bo;ina Tesla> de;ido a =ue si no se respeta la

distan!ia sugerida se dan ar!os elé!tri!os entre las dos ;o;inas> lo =ue tendra

!onse!uen!ias indesea;les ya =ue terminara por produ!ir !orto !ir!uitos entre

las dos ;o;inas> lo =ue disminuira la vida til de esta. )o o;stante podra

tam;ién tener a!!identes =ue puedan poner en riesgo la salud de las personas

=ue eGperimenten !on el fun!ionamiento de la Bo;ina.

W 0l lugar donde se de;e reali!en eGperimentos de Alta Tensi tienen =ue ser en lugares li;res> o en su lugar en sitios lo

sufi!ientemente ventilados> para prevenir la a!umula!i ya

=ue en !antidades mayores a las normales pueden traer riesgos para la salud.


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'

RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD

W 0s importante tomar las pre!au!iones de;idas !uando se manejan voltajeselevados> para evitar a!!identes so;re la integridad fsi!a de las personas. 2or

otra parte> de;ido a las des!argas elé!tri!as y !on la ioni&a!i orejeras> mas!arilla>

mandil> de;en estar siempre presentes al momento de reali&ar las pr%!ti!as de

la;oratorio donde se utili!e este eGperimento ya =ue estos a!!esorios pueden

redu!ir el riesgo poten!ial de un a!!idente e in!luso evitar =ue se pierdan

vidas humanas por este tipo de situa!iones.

W Cuando se desee reali&ar !uales=uier tipo de modifi!a!iones a !ual=uier

elemento de la Bo;ina Tesla se de;e primero asegurar =ue est%n des!argados

!ompletamente> para esto usamos una pértiga =ue est% aislada !orre!tamente>

ya =ue algunos de los elementos pueden =uedar !argados !omo son el !aso de

las !apa!itores> y es en donde se de;e de tener un m%Gimo !uidado ya =ue se

trata de voltajes superiores a los @D 3> y un a!!idente de estos pueden

!ontraer a!!identes fatales e in!luso la muerte.


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'D

DISTRI(UCI&N AEREAS DE )).* HASTA +*., K- . Retrieved H @> 'H@> from

+(A7),ST(C* +0 R0+0S +0 +(STR(B$C(,) A0R0AS +0 @@. #ASTA .D

ANEOS


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