Construcción de una bobina Tesla.

Atención, la realización de una bobina tesla implica el manejo de tensiones eléctricas que pueden acarrear la muerte. Quien asuma este tipo de proyectos debe estar habituado a manejar altas tensiones. En cualquier caso es responsabilidad de cada uno velar por su integridad física.

Después de muchos años de negarme a construir una de estas bobinas no he tenido otro remedio que ceder y hacer una, en parte debido al gran interés que despiertan en muchos cacharreros y la admiración de los neófitos. No había ninguna clausula de fe que me impidiese hacerla, tan solo que no le veo otra utilidad que el espectáculo. Así que me armo con el propósito de hacer una bobina que sea suficientemente potente y con materiales lo mas accesible posibles.

De momento aquí pondré notas, es decir esto sera como un cuaderno en sucio. Luego cuando termine ya pondré todo bonito

Instrumentación.

Para moverse con facilidad este mundo pueden ser convenientes estos instrumentos.

Sonda de alta tensión: Las tensiones en que se mueven los tesla están por encima de los 10.000 V. Si conectas las sondas del osciloscopio o las del un polimetro directamente a estas tensiones puedes dañar irremediablemente el aparato y sufrir una peligrosa descarga. Por ello necesitas una sonda de alta tensión, si la tienes estupendo, si no mas adelante te diremos como hacerte una sencilla.

OJO : Cuando la tesla esta funcionando tiene la manía de cargarse todos los aparatos digitales de su entorno, incluyendo polímetros aunque tengan sondas de alta tensión incluso si están apagados. Así que ya estas avisado.

Variac. Es un trasformador de entrada a 220 y salida variable de 0 a 220. Con esto podemos alimentar los circuitos subiendo la tensión de alimentación gradualmente y comprobar que las cosas van bien con cierta seguridad antes de aplicar directamente los 220 V. Una variac nuevo te puede costar entre 50 y 200 euros dependiendo de la potencia, es caro, pero es una inversión absolutamente rentable que no lamentaras.

La fuente de alimentación de alta tensión.

Ande o no ande caballo grande. Olvídate de los Flyback.

Digo esto porque las teslas espectaculares que vemos por ahí emplean potencias de 3 kW y más. Con el transformador de microondas se obtendrán 1000 W, algo nada desdeñable, de hecho ya me salen chispas de 20 cm. Pero un transformador Flyback de televisión con suerte nos entregará 60 W y con 60 w no vamos a ningún lado. Si quieres hacer una tesla grande piensa en una fuente de alimentación potente y con transformadores de microondas tenéis la solución mas barata y accesible. Todo es cuestión de buscar un chatarrero. Por supuesto que puedes pensar en comprar un transformador de los que se emplean en anuncios de neón que tenga como salida 10.000 V y 150 ma, pero uno de estos te costara nuevo mas de 300 euros y creo que no es esa la cuestión.

Una vez que hayas hecho esta bobina y te funcione bien tal vez quieras mas en ese caso puedes poner dos transformadores en serie y un duplicador de tensión y obtener 12.000 v y 2000 W, casi casi para fundir los plomos.

Como fuente de alto voltaje estoy empleando un transformador de microondas. Con este transformador, tres diodos y tres condensadores también de desguace de microondas consigo 10.000 V. Este voltaje es mas que suficiente para una buena bobina tesla. Lo mas importante es que con los componentes propuestos se pueden obtener 40 mA con un rizado del 5% y 100 mA con un rizado del 20%. Esto quiere decir que se le pueden sacar alrededor de 1000 W de potencia.

Esquema general.

Es un circuito bastante simple. Tr1 es un transformador de microondas que a partir de los 220 V de la red proporciona 2300 voltios eficaces o sea 3100 de pico aproximadamente. El circuito formado por C1, C2, C3, D1, D2, D3, forman un triplicador de tensión de manera que obtenemos 9000 v aproximadamente. Cp es el condensador principal, de 80 nF y 10.000 V. Dp es el descargador (spark gap) en este diseño he decidido emplear un descargador rotatorio aunque bastante sencillo y fácil de construir.

Condensador Primario.

Cp es el condensador principal de la bobina. Cuando esta funcionando la tesla este condensador se carga centenas de veces por segundo al máximo voltaje que proporciona la fuente de alimentación y se descarga instantaneamente sobre la bobina Lp proporcionando durante unos microsegundos cientos de amperios. Debe ser un buen condensador y como no tenemos a nuestro alcance condensadores profesionales emplearemos los de polietileno. No se deben emplear condensadores cerámicos ya que al estar sometidos a tanto estres se rompen enseguida.

En nuestro caso el condensador principal es de 80 nanofaradios aproximadamente. Debe ser un condensador que como mínimo soporte 9.000 voltios aunque seria conveniente darle un margen de seguridad amplio. Posiblemente 15.000 voltios seria mas correcto aunque claro el coste sera bastante mayor.. Como es difícil conseguir condensadores de este tipo la solución mas sencilla es realizar un conjunto de condensadores serie paralelo para lograr esta capacidad y esta tensión de trabajo.

En mi caso he empleado 30 condensadores de 100 nF/ 1600V. Realizando una serie de 6, deberían soportar 6x1600=9600, pero la capacidad se reduciría a 100/6 = 16,66 nF. Poniendo cinco grupos de estos en paralelo tenemos 16,6 x 5 = 83 nF /9600 V. Si quisiéramos que el voltaje fuese de 16000 V deberíamos poner 8 series de diez condensadores en total 80 condensadores. Mas del doble. Aun a sabiendas que el condensador esta

justo de tensión seguimos con el, con riesgo de que se estropee.

Condensador primario. En la foto hay dos bloques de condensadores de 5X 6 condensadores de 0,1 uF/1600 V unidos pero después se han separado ya que solo es necesario emplear uno.

Las conexiones entre el condensador primario, la bobina primaria y el descargador deben realizarse con cable lo mas cortos y gruesos posibles.

El valor del condensador no se escoge arbitrariamente ya que en conjunto con la bobina primaria determinan la frecuencia de resonancia. En este caso

la bobina primaria tiene una inductancia de 13 microhenrios. La frecuencia de resonancia se calcula con la fórmula

F= 1/(2Π (LC) ½) = 158.000 / (LC) ½ Hz, con L y C en microhenrios y microfaradios respectivamente. En nuestro caso con 13 microhenrios y 0,08 microfaradios, el producto LC vale aproximadamente 1 y su raíz también por tanto la frecuencia de resonancia nos sale de 160 kHz aproximadamente.

No es propósito de este articulo el aprender a diseñar bobinas Tesla, el propósito es darte una receta para que te hagas una con componentes accesibles y económicos. Por ello si en algún momento empleo formulas es con el objeto de que comprendáis lo que yo he hecho.

Rp, resistencia limitadora de carga.

Si no existiese Rp, cuando el descargador condujese se cortocircuitaria la fuente de alta tensión y se destruiría. Rp limita la corriente máxima de carga y al mismo tiempo la corriente máxima de cortocircuito. En otras bobinas tesla especialmente las que operan con corriente alterna sin rectificar, la limitación de corriente de carga del condensador se hace o con el propio transformador o mediante una inductancia adicional. Como estamos tratando de aprovechar el transformador del microondas nos vemos obligados a trabajar con corriente continua para así obtener los 10.000 V.

Rp limita la corriente máxima con la que el condensador principal se carga, pero al mismo tiempo hace que el condensador necesite un cierto tiempo para alcanzar cargarse completamente. Sabemos que la carga de un condensador a través de una resistencia, el valor RC es igual al tiempo en que el condensador alcanza el 63 % de voltaje en 2 RC alcanza el 86% y en 3 RC el 95% de la tensión total. Luego si estamos construyendo una bobina tesla , que queremos que de 200 disparos por segundo, el tiempo entre disparos es de solo 5 milisegundos y el tiempo de carga deberá ser de menos de 5/3 = 1,6 milisegundos para que el condensador se cargue al menos al 95% del voltaje de alta tensión.

Con el condensador propuesto la resistencia Rp debe ser de 10 K. Pero tiene que ser de bastante potencia concretamente de 400 W que es lo que va a disipar cuando este funcionado de manera casi continua. Ademas esta resistencia deberá soportar entre sus extremos los 9.000 voltios de su fuente de alimentación. La forma mas fácil de conseguirlo es emplear 30 resistencias bobinadas de 330 ohmios y 15 W de disipación. Podemos emplear resistencias de menos disipación y forzar la refrigeración mediante

un ventilador que saquemos de un PC viejo. Por ejemplo podemos emplear 20 resistencias de 500 ohmios y 10 W con refrigeración forzada. Durante las pruebas se deben emplear valores de resistencias mas altos, por ejemplo 40 k.

Nunca empleéis menos de 5 resistencias en serie ya que en caso contrario puede saltar arco entre sus extremos. He dado por supuesto que para esas disipaciones las resistencias deben ser inexcusablemente bobinadas.

La resistencia limitadora es la parte mas floja del diseño de esta bobina. La gran disipación que tiene es perdida inútil de potencia. Por ello ya estoy trabajando sobre un circuito resonante de carga. El problema es lograr una solución que sea barato y accesible para todos.

No obstante esta limitación, el diseño actual funciona espectacularmente. Si no te apartas mucho de este diseño no te creerás las chispas que produce.

Circuito triplicador.

Aquí tienes un poco de información sobre los multiplicadores El triplicador empleado no es mas que una versión mas simple de estos.

Como se ve emplea tres condensadores y tres diodos. Los condensadores y los diodos que debes emplear son los mismos que se sacan de los microondas o equivalentes. Los condensadores mas habituales que puedes encontrar en ellos son de 1 microfaradio a 2200 V ef, (3000 V de continua), aunque en algún caso también se encuentran de 0,9 o de 1,2 microfaradios. Es mejor que sean todos iguales pero tampoco pasa nada grave si son diferentes. Eso si los condensadores deben ser de cerca del microfaradio. Si pones condensadores mucho mas pequeños no conseguirás nada de potencia. En el

caso de la fuente de alimentación de 180.000 V empleo condensadores de unos nanofaradios, pero es que la frecuencia que se emplea es mucho mayor, 15 kHz y mas. Aquí al emplear la frecuencia de la red de 50 Hz los condensadores deben ser grandes. Si los condensadores que tienes, son diferentes deberás emplear el mayor en la posición cerca del transformador. Es mejor así aunque en caso contrario no pasa nada

especialmente grave.

La carcasa de estos condensadores suele ser metálica y esta aislada de los electrodos del condensador. No obstante nadie te asegura que van a soportar los 10.000 a que va a estar sometidos ahora, por ello bajo ningún aspecto permitas que las carcasas de los condensadores se toquen entre si ni toquen a masa. Y por supuesto tampoco las toques tu ya que te puedes quedar frito.

Detalle del montaje del triplicador. La pinza roja es la salida de alta tensión. La pinza

negra es masa.

Para montar el triplicador aconsejo poner los condensadores uno contra el otro separados por un plástico de un par de mm de espesor de manera que no se toquen en ningún momento y luego fijarlos entre si con unas bridas de plástico o bien de cinta aislante. Una vez realizado este conjunto conectar los diodos.