Proyecto bobina de tesla
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGIA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS CABIMAS ESTADO ZULIA CONSTRUCCION DE UNA BOBINA DE TESLA Proyecto socio-integrador Autores: Gutiérrez Paul C.I: 23.467.967 Ruiz Roberto C.I: 23.467.282 Salas Héctor C.I: 21.212.969 Tutor Técnico: Msc. Meléndez Marcos
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGIA
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS
CABIMAS ESTADO ZULIA
CONSTRUCCION DE UNA BOBINA DE TESLA
Proyecto socio-integrador
Autores:
Gutiérrez Paul C.I: 23.467.967
Ruiz Roberto C.I: 23.467.282
Salas Héctor C.I: 21.212.969
Tutor Técnico: Msc. Meléndez Marcos
Tutor Metodológico: Dra. Salgado Nelitza
Octubre, 2014
ACEPTACIÓN DE LA ASESORA METODOLÓGICA
Por medio de la presente hago constar que he leído el Proyecto Socio-
Integrador Titulado CONSTRUCCION DE UNA BOBINA DE TESLA, y
considero que reúne los requisitos metodológicos para ser sometido a
evaluación por parte del Jurado calificador designado para tal fin.
En la ciudad de Cabimas, a los_______ días del mes de Octubre del
2014.
_________
Dra. Salgado Nelitza
C.I: 10.596.579
4
ACEPTACIÓN DEL TUTOR TÉCNICO
Por medio de la presente hago constar que he leído el Proyecto Socio-
Integrador Titulado CONTRUCCION DE UNA BOBINA DE TESLA, y
considero que reúne los requisitos metodológicos para ser sometido a
evaluación por parte del Jurado calificador designado para tal fin.
En la ciudad de Cabimas, a los_______ días del mes de Octubre del
2014.
___________________
Msc. Meléndez Marcos
C.I:
5
AGRADECIMIENTO
A Dios Todopoderoso por guiarnos en todo momento.
A los familiares de cada uno de los integrantes por la constancia de
ayuda y aportes económicos para desarrollar dicho proyecto y a la Misión
Alma Mater por permitirnos cumplir uno de tantos sueños anhelados como lo
es ser parte de las Promociones de T.S.U en Electricidad.
Del mismo modo hacemos extensivas las gracias al Instituto
Universitario de Tecnología de Cabimas, al PNF y a los profesores por los
conocimientos impartidos.
Gutiérrez PaulRuiz RobertoSalas Héctor
6
DEDICATORIA
Este gran esfuerzo está dedicado a:
A Dios el eterno padre, por concedernos una vez más la oportunidad de
la superación.
A nuestros padres y hermanos quienes con amor y paciencia nos han
acompañado en todos los momentos y han sido la fuerza de empuje para
seguir perseverando.
A nuestros amigos y compañeros, quienes de una u otra forma fueron
parte esencial en la culminación de esta gran meta.
Y finalmente pero no menos importante a los profesores quienes
impartieron sus conocimientos a lo largo de nuestra formación académica
Gutiérrez PaulRuiz RobertoSalas Héctor
7
ÍNDICE GENERAL
pp.
ACTA DE ACEPTACION DE ASESOR METODOLÓGICO........................ i
ACTA DE ACEPTACION TUTOR TÉCNICO............................................... ii
AGRADECIMIENTO .................................................................................... iii
DEDICATORIA ............................................................................................ iv
INDICE GENERAL ...................................................................................... v
LISTA DE CUADROS ................................................................................ vii
LISTA DE FIGURAS ................................................................................... viii
LISTA DE GRAFICAS.................................................................................. ix
RESUMEN.................................................................................................... x
INTRODUCCIÓN.......................................................................................... 1
I PARTE
DESCRIPCION DEL PROYECTO1. Diagnóstico Situacional ........................................................................ 4
1.1 ...........................................................................................................23
3.1 General............................................................................................... 23
3.2 Específicos......................................................................................... 23
II PARTEPLANIFICACION DEL PROYECTO
Plan de Acción.............................................................................................. 26
Cronograma de Actividades.......................................................................... 27
8
III PARTERESULTADOS Y LOGROS......................................................................... 29
IV PARTEPRODUCTO O SERVICIO DEL PROYECTO.............................................. 77
CONCLUSIONES......................................................................................... 84
RECOMENDACIONES ................................................................................ 86
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS............................................................ 87
ANEXOS....................................................................................................... 89
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS
CABIMAS ESTADO ZULIA
CONSTRUCCION DE UNA BOBINA DE TESLA
Autores:Gutiérrez Paul
Ruiz RobertoSalas Héctor
Tutor Técnico: Meléndez MarcosTutor Metodológico: Dra. Nelitza Salgado
RESUMEN
10
El presente Proyecto Socio-Integrador está orientado al Construir una bobina de tesla para el Instituto Universitario tecnológico de Cabimas (IUTC). En la sustentación teórica se utilizaron los aportes de libros de análisis de circuitos y circuitos eléctricos (Edminester Joseph Schawm, William hayt and Jack E. Kemmerly, Boylestad 2004), Metodológicamente la presente investigación se efectuará bajo la modalidad de proyecto factible que según UPEL (2008) define el proyecto factible como un estudio "que consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales". La propuesta que lo define puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos, que sólo tienen sentido en el ámbito de sus necesidades. En cuanto a los resultados y logros se determino la factibilidad técnica, social y operativa de la construcción propuesta para ser utilizada en los laboratorios de física, así se establecieron una series de conclusiones y recomendaciones relacionadas con la metodología propuesta para la construcción de la bobina de tesla, que permitirán facilitar conocimientos sobre corrientes alternas e inducidas.
INTRODUCCION
11
El desarrollo del presente Proyecto socio-integrador fue apoyado por los
postulados 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, quien
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.
En este proyecto se observara todo lo relacionado sobre La Bobina Tesla
desde su invención hasta su construcción del mismo, en ello se explica cómo
funcionan los diferentes elementos eléctricos en la bobina de tesla. De igual
manera se percibirá diferentes diseños de la bobina de tesla, principios
básicos y función de cada uno de los elementos que la componen como lo
son el transformador de alta tensión, el condensador o capacitador, explosor,
bobina primaria y bobina secundaria.
El mismo esta estructurado en tres partes contentivas que se
describen a continuación. I era. parte el diagnostico situacional, allí se
plasman Descripción del Contexto, Problemas, Necesidades o Intereses del
Contexto, La Justificación e Impacto Social, razones que conllevan a realizar
el proyecto, población beneficiada así como objetivos del proyecto.
II da parte se estructura con la planificación del mismo la cual se
presenta a través de un cronograma de actividades, su alcance y limitación
12
III parte en donde se plasman resultados y logros del proyecto para
posteriormente culminar con el producto o servicio donde se presentara el
modelo físico del prototipo de la Bobina de Tesla.
13
I PARTE
DESCRIPCION DEL PROYECTO
14
I PARTE
DESCRIPCION DEL PROYECTO
1. DIAGNÓSTICO SITUACIONAL
1.1 Descripción del Contexto
a. Razón social:
Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas (IUTC) específicamente
para ser usado en el Laboratorio de Física II.
b. Naturaleza de la organización:
Es un centro dependiente del Ministerio del Poder popular para la
Educación Universitaria, tiene como objetivo garantizar el derecho a la
educación universitaria de bachilleres de diferentes niveles sociales que
conviven en la comunidad, para así insertar el PNF y crear futuros
ingenieros integrales.
c. Localización geográfica:
El Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas se localiza en el
estado Zulia municipio, Municipio Cabimas, Parroquia Ambrosio, Sector El Amparo
calle la Estrella.
15
d. Historia de vida de la comunidad:
Ambrosio fue fundado por pescadores a comienzos del siglo XIX,
originalmente fue un pueblo separado de Cabimas, con la fundación de sectores
vecinos como la urbanización La Rosa, al inicio de la explotación petrolera
Ambrosio quedó conectada con Cabimas, y se convirtió en uno de sus sectores.
Ambrosio es hogar de antiguas tradiciones como la procesión de San Benito de
Palermo el 27 de diciembre o el 6 de enero de cada año (la fecha se alterna con la
Rosa, el último fue el 6 de enero de 2014 para Ambrosio y el próximo será el 27 de
diciembre de 2014 en Ambrosio). Con la creación del municipio Cabimas en 1989
Ambrosio le dio nombre a la parroquia donde se encuentra.
Origen etimológico: Ambrosio deriva su nombre de la Misión de San
Ambrosio, Ambrosio creció como un sector aledaño a la Misión a orillas del lago
de Maracaibo y era uno de los sectores de Cabimas al inicio de la explotación
petrolera. Por Ambrosio en la Av. Andrés Bello pasa la procesión de San Benito de
Palermo en una de sus fechas. Ambrosio es una de las parroquias en las que se
divide el municipio Cabimas del estado venezolano del Zulia. Para el 2012 tiene
una población aproximada de 54.412 habitantes según INE es una de las más
pobladas de Cabimas, siendo donde se encuentran casi todos los edificios y
conjuntos residenciales: Gran Sabana, Villa Delicias, Playa Verde, Residencias
Ambrosio y Torino Plaza, todos edificios de más de 6 pisos. .16
Ubicación: La parroquia Ambrosio limita al norte con el río Mene y el municipio
Santa Rita, al oeste con el lago de Maracaibo, al este con la parroquia Germán
Ríos Linares en la Av. Intercomunal y al sur con la parroquia Carmen
Herrera (carretera H y calle el muelle)
Ambrosio es el sector más viejo de Cabimas, fundado en 1758 por monjes
capuchinos como Misión de San Antonio de Punta de Piedra, de aquella fundación
solo quedó el nombre del sector La Misión. La Misión fue posteriormente destruida
por las tropas de Francisco Tomas Morales en 1822 como represalia por la
entrada de Cabimeros a favor de la independencia como Antonio Borjas Romero.
Vecinos de Maracaibo fundaron Ambrosio a principios del siglo XIX estableciendo
un muelle pesquero,
Este era un pueblo separado de Cabimas (Punta Icotea era lo que se conocía
como Cabimas). Con el descubrimiento de petróleo las compañías petroleras
construyeron campos residenciales para sus trabajadores, siendo así como se
fundaron El Amparo y El Amparito (campos de la Lago Petroleum Corporation) y
las 40's, las 50's y la urbanización la Rosa (Campos de la V.O.C.
Posteriormente los vecinos fundaron Delicias Nuevas (1948), y Bello Monte.
El sector Barrio Obrero fue construido por INAVI en los 70's. Las compañías
petroleras tenían el club de Golf Coquivacoa, el cual fue abandonado en los años
60's, en 1986 fue ocupado por vecinos que fundaron el sector El Golfito. Con la
fundación del Municipio Cabimas en 1989 y la disolución del Distrito Bolívar se
creó la parroquia Ambrosio, cuyos límites eran el Lago de Maracaibo, la avenida
Intercomunal y la carretera J. La sede de la intendencia parroquial era el edificio al
lado de la Catedral de Cabimas que actualmente sirve de sede a la parroquia
Carmen Herrera. En 1995 se realizó un reordenamiento territorial y se creó
la Parroquia Carmen Herrera a costa de la parroquia Ambrosio.
e. Nombre de las organizaciones vinculadas con el proyecto:
Las organizaciones vinculadas con el proyecto son: 17
Instituto Universitario Técnico de Cabimas (IUTC).
1.2 Problema, Necesidades o Intereses del Contexto:
a. Descripción del Diagnóstico Situacional:
Como resultado del diagnostico realizado al Instituto Universitario de
Tecnología de Cabimas, se pudo observar la falta de equipos para la realización
de experimentos muy importante para un excelente aprendizaje a la hora de
cursar una unidad curricular. A continuación se describe la carencia de equipos en
las siguientes unidades curriculares
FISICA II: Bobina de Tesla, Generador Van de Graff, Carrete de inducción
de Ruhmkorff.
CIRCUITOS ELECTRICOS: Acelerador lineal de Generador de Gutenberg,
Multiplicador de tensión Cockcroft-Walton, Acelerador de partículas, Puente
de Wheatstone.
En relación con lo antes expuesto, es importante destacar la aceptación y la puesta en marcha de la solución en el Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas, lo cual motivó a los expositores de hacer la bobina de tesla, diagnosticándose así la necesidad de implantar un nuevo modelo de aprendizaje por medio de la a.
Por otra parte, es importante resaltar que definida la observación, esta permite saber que carecemos de equipos para las practicas, construiremos dicho proyecto con la finalidad de crear manuales, tanto de seguridad como manuales para las actividades practicas realizadas con el equipo en la unidad curricular física II.
En concordancia con lo anterior, es importante mencionar que la construcción del proyecto será evaluado a través de libros (Análisis de circuitos de ingeniería Hayt kemmerly, Circuitos eléctricos II Joseph Edminester Schaum), y consultas de páginas web y aficionados con experiencias sobre la bobina de tesla.
18
b. Jerarquización y Selección de Necesidades:
Una vez aplicados los instrumentos de recolección de información que permitieran conocer la situación problemática existentes en el instituto como: de jerarquizar las necesidades de la misma, de la siguiente manera:
- Ausencia de aparatos para las practicas en los laboratorios de física
- No existe manuales de prácticas.
c. Selección del Problema o Necesidad:
Darle solución al instituto una vez realizado el levantamiento de información, es necesario mencionar que los laboratorios llevan años con falta de estos equipos y en su momento no se realizó ningún plan que lo con lleva a falta de nuevas prácticas y estudios de cargas eléctricas.
Para la selección del problema se tomó en cuenta la opinión del tutor asesor mediante un consenso con los participantes del proyecto, se llegó a la conclusión de que la principal necesidad es el laboratorio de física II, no obstante con dicho proyecto se le permitirá garantizar un buen funcionamiento a la hora del aprendizaje a los estudiantes.
En base a lo antes expuesto y al aporte de conocimientos, destrezas y habilidades en la formulación de la propuesta se ha decidido realizar la construcción de la bobina de Tesla.
d. Alternativas de Solución:
- Diseñar un software Didáctico para visualizar el funcionamiento de la bobina
de tesla.
- Comprar la bobina de Tesla
- Construir la bobina de Tesla
2. JUSTIFICACIÓN E IMPACTO SOCIAL.
2.1 Razones que conllevan a realizar el proyecto.
a. Desde el punto vista teórico y sus aportes al conocimiento
19
Permitirá entender el funcionamiento de la bobina de tesla, así como conocer y
fortalecer el conocimiento sobre corriente alterna y corrientes inducidas.
.BOBINA DE TESLA, PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO, ELEMENTOS Y SU FUNCIONAMIENTO EN LA BOBINA DE TESLA, BOBINA DE TESLA.
1.1. RESEÑA HISTORICA De acuerdo con lo aseverado por Cheney Margaret este proyecto esta
basado en los postulados del científico Nikola Tesla, un brillante ingeniero que
vivió en la segunda mitad del siglo pasado 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.
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.
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,
20
transferencia inalámbrica de energía, sistemas de propulsión de medios
electromagnéticos.
Nikola Tesla nacido en Smiljan Imperio austrohúngaro, actual Croacia, el 10 de
julio de 1856, fue un inventor, ingeniero mecánico, ingeniero electricista y físico de
origen serbio y el promotor más importante del nacimiento de
la electricidad comercial. Se le 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.
Tesla era étnicamente serbio y nació en el pueblo de Smiljan (actualmente
en Croacia), en el entonces Imperio Austrohúngaro (aunque algunos académicos
rumanos afirman que era istrorrumano).
Era ciudadano del Imperio austriaco por nacimiento y más tarde se
hizo ciudadano estadounidense. Tras su demostración de la comunicación
inalámbrica por medio de ondas de radio en 1894 y después de su victoria en
la guerra de las corrientes, fue ampliamente reconocido como uno de los más
grandes ingenieros electricistas de los EE. UU de América. Gran parte de su
trabajo inicial fue pionero en la ingeniería eléctrica moderna y muchos de sus
descubrimientos fueron de suma importancia.
Durante este periodo en los Estados Unidos la fama de Tesla rivalizaba con la
de cualquier inventor o científico en la historia o la cultura popular, pero debido a
su personalidad excéntrica y a sus afirmaciones aparentemente increíbles y
algunas veces casi inverosímiles, acerca del posible desarrollo de innovaciones
científicas y tecnológicas, Tesla fue finalmente relegado al ostracismo y
considerado un científico loco. Tesla nunca prestó mucha atención a sus finanzas.
Se dice que murió empobrecido a la edad de 86 años.
21
Fuente: Cheney, Margaret- Nikola Tesla.
1.2. QUE ES UNA BOBINA DE TESLA
Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante, la patenta a la
edad de 35 años. 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 alcances del orden de metros, lo que las hace muy espectaculares.
En la primavera de 1891, Tesla realizó 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.
Los dispositivos posteriores fueron en ocasiones alimentados desde
transformadores de alto voltaje, usando bancos de condensadores de cristal de
botella inmersos en aceite para reducir las pérdidas por descargas de corona, y
usaban explosores rotativos para tratar los niveles de alta potencia. Las bobinas
Tesla conseguían una gran ganancia en voltaje acoplando dos circuitos LC
resonantes, usando transformadores con núcleo de aire. A diferencia de los
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.
22
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.
DISEÑOS DE BOBINAS DE TESLA
Figura No 1.
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
Figura No 2.
23
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.
Figura No 3.
Fuente: Científicos aficionados web
Bobina de Tesla corriente Continua
24
Alimentado con corriente alterna aumentado y rectificando a su vez el voltaje
con un circuito triplicador.
Fuente: Científicos aficionados web.
2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
2.1 TRANSMISION
Según (Eduardo Pérez Obanos de Francés 2010) Una bobina Tesla grande de
diseño actual puede operar con niveles de potencia con picos muy altos, hasta
muchos mega voltios (un millón de voltios). 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 muchas otras, configuraciones de circuitos El
arrollamiento primario, el spark gap y el depósito condensador están conectados
en serie. En cada circuito, el transformador de la alimentación AC carga el
depósito condensador hasta que su voltaje es suficiente para producir la ruptura
del spark gap. El gap se dispara, permitiendo al depósito condensador 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.
Sin embargo, en el circuito típico 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
condensador 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.
25
Constructores experimentados de bobinas Tesla utilizan casi exclusivamente
el circuito superior, generalmente añadiendo filtros pasa baja (redes de
resistencias y condensadores) entre el transformador y el explosor. Esto es
especialmente importante cuando se usan transformadores con oscilaciones de
alto voltaje frágiles, como transformadores de luces de Neón (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 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La forma en que operan los transformadores de Tesla es la siguiente:
Conectado el transformador de alto voltaje a la línea eléctrica se establece una
corriente a través del circuito transformador – condensador – bobina primaria. A
las frecuencias de operación del transformador la bobina primaria tiene una
reactancia inductiva prácticamente nula y no influye en la magnitud de la corriente
establecida, la cual resulta ser solo función de la impedancia interna del
transformador y la reactancia capacitiva del condensador.
Esta corriente carga el condensador de alto voltaje, elevando la diferencia de
potencial entre sus placas y almacenando más y más energía en este. Por leyes
de Kirchhoff es inmediato el hecho de que el voltaje establecido entre los
electrodos del explosor es igual al voltaje entre las placas del condensador.
Por lo tanto, cuando el condensador se carga a un voltaje lo suficientemente
alto como para que la rigidez dieléctrica del aire entre los electrodos del explosor
sea superada, el campo eléctrico entre estos arranca electrones de las moléculas
de aquel y se establece un arco eléctrico de baja impedancia que actúa como un
26
puente que cierra el circuito condensador – bobina primaria… y entonces se
originan los pulsos de alta frecuencia.
Físicamente los circuitos primario y secundario no tienen conexiones
eléctricas en común; sin embargo se encuentran enlazados permanentemente por
su inductancia mutua, por los efectos electrodinámicos que produce uno sobre el
otro cuando están en operación; más concretamente, por el campo
electromagnético que se establece en el espacio circundante. Cuando se cierra el
circuito primario se establecen corrientes eléctricas de alta frecuencia que crean
un campo electromagnético a su alrededor. Este campo induce en la bobina
secundaria corrientes eléctricas que fluyen a lo largo del conductor, desde el
toroide hasta la base conectada a tierra. Estas corrientes son máximas en la base
del secundario y mínimas en la parte superior.
El campo electromagnético variable induce corrientes, pero también voltajes
en el circuito secundario. En particular sabemos que el toroide colocado en la
parte superior de la Bobina tiene una capacitancia intrínseca dependiente de su
posición respecto al suelo y al resto de los componentes de la bobina, pero
también el conductor del que está hecha la bobina secundaria tiene su propia
capacitancia.
En operación el toroide se convierte en un depósito para la carga eléctrica
y en consecuencia para la energía proveniente del circuito primario, energía
transmitida por inducción y a través del campo electromagnético. La acumulación
de carga en el toroide produce un rápido incremento de voltaje hasta que este es
tan alto que se produce emisión eléctrica hacia el espacio circundante. Así se
producen las descargas que observamos al poner uno de estos aparatos en
funcionamiento.
27
El funcionamiento de la bobina Tesla puede ser visto como dos circuitos
resonantes débilmente acoplados por el aire. El coeficiente de acoplamiento entre
las bobinas L1 y L2 suele estar entre 0,1 y 0,2
CIRCUITO EQUIVALENTE TESLA
Figura No 4
El circuito primario se forma cuando salta el arco en el explosor conectando
en serie el condensador primario C1, la bobina primaria L1 y su resistencia
equivalente. El circuito secundario lo forman la bobina secundaria con su
resistencia equivalente, y la suma de las capacidades propia de la bobina
secundaria y del terminal superior a tierra. La bobina secundaria tiene uno de sus
terminales a tierra y el terminal superior muestra una capacidad equivalente a
tierra, así es como se cierra el circuito secundario. El circuito primario y
secundario están acoplados entre ellos con una inductancia mutua M.
De acuerdo con la primera ley de Kirchoff, la suma de voltajes a lo largo del
circuito completo es cero.
28
Ecuación 1.1 y 1.2
Si qi es la carga instantánea en los condensadores C1 y C2, para cada circuito es
Ecuación 1.3
Sustituyendo en la ecuación 1.1 y 1.2.
Ecuación 1.4 y 1.5
Reorganizando e introduciendo el operador como el diferencial respecto del
tiempo
Ecuación 1.8
De las ecuaciones de arriba se deduce la siguiente ecuación característica.
29
Donde:
Ecuación 1.9 y 1.10
K es el coeficiente de acoplamiento (0 < k < 1), mientras que ω1 y ω2 son,
respectivamente las pulsaciones de resonancia de los circuitos 1 y 2 desacoplados
(también llamadas resonancias de circuito abierto).
La ecuación (1.8) es una ecuación lineal homogénea de cuarto grado que tiene
cuatro raíces complejas D1, D2, D3 y D4. Si estas raíces son distintas entonces
las cuatro funciones.
Ecuación 1.11
Constituyen un espacio básico de soluciones para el sistema formado por la
ecuación (1.6) y la ecuación (1.7). La solución general de este sistema es por lo
tanto.
30
Ecuación 1.12 y 1.13
Las constantes Ai y Bi pueden ser evaluadas usando las condiciones iniciales t = 0
Ecuación 1.4
Donde q0 es la carga inicial del condensador primario. Los voltajes del
condensador primario y secundario son simplemente
Ecuación 1.15 y 1.16
Las soluciones para v1 y v2 solo pueden ser calculadas para el caso ideal de R1 =
R2 =0. Las raíces de la ecuación (1.8) tienen solo parte imaginaria y el voltaje en
el secundario se puede expresar como
31
Ecuación 1.17
Donde:
Ecuación 1.18 y 1.19
T es el coeficiente de sintonización, definido como el cuadrado del cociente de
las frecuencias de resonancia desacopladas, mientras que V1 es el voltaje inicial a
través de C1, w1 y w2 son las frecuencias de resonancia del primario y el
secundario cuando están acoplados. Los restricciones de los valores de k y T
hacen que w1 y w2 sean siempre reales y que w2> w1.
La ecuación (1.17) es importante y muestra que el voltaje del secundario es una
oscilación de alta frecuencia (w1 + w2)/2 cuya amplitud se modula por otra
oscilación de baja frecuencia (w1 - w2)/2.
32
2.3 ELEMENTOS Y FUNCIONAMIENTO DE LA BOBINA DE TESLA
En este apartado se realizara una descripción detallada de las
características que deben tener los diferentes elementos constituyentes de una
bobina Tesla.
Esquema a utilizar
Figura No 5.
Fuente: Construcción de una Bobina de tesla Univ. Pamplona 2010
3.1 TRANSFORMADOR DE ALTA TENSION
El Transformador de Alto Voltaje es la fuente principal de energía en una
bobina de Tesla convencional. Eleva el voltaje convencional de 110V hasta
valores de miles de voltios; generalmente se utilizan voltajes dentro del rango de
1000 hasta 20 kV en el circuito primario de la bobina.
33
TRANSFORMADOR
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite
aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna sin
afectar el factor de potencia y manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al
equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la
que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje
de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna
de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión,
basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por
dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de
material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión
entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el
núcleo.
El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas
apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético.
Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según
correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.
También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir
un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Figura No 6.
Representación esquemática del transformador.
34
El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teoría del
electromagnetismo resumida en las ecuaciones de Maxwell
3.2. CONDENSADOR
Es un componente eléctrico destinado a almacenar energía eléctrica en una
superficie muy pequeña. En una bobina de tesla sirve para accionar el explosor y
para tener una reactancia determinada. Esta reactancia capacitiva ha de ser igual
a la reactancia inductiva de la bobina primaria a la frecuencia resonante (la que
crea el explosor)
Matemáticamente un circuito en resonancia se establece cuando XC=XL
Que se puede comprobar mediante la fórmula de la impedancia que:
Z=Impedancia
R=Resistencia (parte Real) expresad en ohmios Ω
J=es la parte imaginaria
XC=Reactancia capacitiva expresada en Ω
XL=reactancia inductiva expresada en Ω
Forma Binómica Z=R+J (XC-XL) Ω
Si las reactancias son iguales se restan quedando Z=R+J(0)= Z=R circuito
resistivo.
Podemos describir en forma polar que Z=Rx∟0º quedando el ángulo de
desfasaje 0º.
35
Figura No 7
Calculo del condensador
Estando en resonancia el circuito igualando Xc=XL utilizamos la impedancia total
del circuito Z=Voltaje del Tx(transformador)/ (I)que proporciona el Tx.)
Xc=1/2π.F.C despejando C
C=1/2π.F.Xc
Fuente: Hayt and Kemmerly Circuitos Eléctrico 1999. Edminester Schawn 1965 y
Diego Martin Argentina 2010.
3.3. BOBINA PRIMARIA
Según (Miqueléz Senosiain V.)La bobina primaria es un arrollamiento de
conductor de baja inductancia y gran conductividad eléctrica. Por lo general estas
bobinas constan de 15 o menos espiras de conductor, usualmente tubo de cobre
arrollado en formas diferentes según se necesite. No se utiliza un conductor
macizo ya que sería muy caro y no merece la pena ya que por el efecto pelicular la
corriente circularía solo por la superficie del conductor.
Es práctica común usar uno de tres diseños: espiral plana, espiral cónica
invertida y solenoide recto. La bobina primaria tiene la función de generar el
36
campo electromagnético mediante el cual se transfiere la energía almacenada en
el primario al circuito secundario
La bobina primaria debe estar hecha de tal modo que su inductancia sea
variable: esto no se logra ni variando su forma geométrica ni reduciendo el número
de espiras, sino simplemente que el conductor no esté aislado: de esta manera
basta con desplazar uno de los puntos de contacto de la bobina para que la
corriente eléctrica circule por menos espiras, lo que reduce la inductancia.
Por conveniencia, el punto fijo de contacto se conecta a la espira interna de
la bobina, y el contacto móvil se conecta sobre cualquier otra parte del conductor.
El objetivo final es igualar la frecuencia de oscilación del primario con la frecuencia
natural de oscilación de la bobina de secundaria, es decir, ponerlas en resonancia
Figura No 8
3.4 BOBINA SECUNDARIA
37
Según (Diego Martin 2010) La bobina secundaria junto con la primaria son
la parte transformadora del Transformador de Tesla. Es en este gran solenoide
donde se generan los altos voltajes que producen esas espectaculares descargas
al aire, que son el principal objetivo de este proyecto.
La bobina secundaria usualmente se construye en forma de solenoide, pero
también puede tener forma cónica. Se construye sobre alguna forma cilíndrica
plástica. El material más común es el PVC por su rigidez y bajo costo.
El secundario se devana con conductor de cobre de calibres que van de 0,3
a 1 cm de diámetro. La elección exacta depende de las dimensiones que se
deseen para la bobina y la potencia manejada por el sistema, además de
considerar que los secundarios tienen entre 800 y 1500 espiras de conductor de
cobre por lo general.
Devanado depende de la potencia del sistema, ya que mayores potencias
implican descargas más largas y más posibilidades de que se forme un arco entre
el toroide y la bobina primaria. Esto no es problema si se cuenta con dispositivos
de protección adecuados para el transformador, pero tampoco es muy vistoso que
la mayor parte de las descargas terminen incidiendo sobre el primario. Se
recomienda guardar una relación altura-diámetro (H:D) de 3:1 a 5:1 para un
óptimo funcionamiento; además, la inductancia de la bobina crece
proporcionalmente al área transversal de la forma y directamente proporcional al
cuadrado del número de espiras.
Una vez devanado el secundario es muy buena idea darle un recubrimiento
de barniz para mantener firme el alambre y evitar que pierda fuerza, además de
que se ve muy bien; inclusive se tiene más protección para el conductor pues la
resistencia dieléctrica a la formación de arcos a lo largo secundario se incrementa.
En pocas palabras, se garantiza una vida más larga a la bobina.
3.5 TERMINAL SUPERIOR
38
El terminal es el punto de emisión eléctrica de una bobina de Tesla.
Generalmente es un toroide o una esfera de aluminio, pero también puede ser un
disco o una simple punta. Como todo conductor tiene una capacitancia. La
importancia del terminal radica en que es un lugar de almacenaje de energía para
la alimentación de las descargas al aire. La elección del terminal es una tarea
crucial para obtener las mayores descargas a una potencia dada.
Por lo general se utiliza un toroide como terminal eléctrico. Los toroides
tienen capacidades muy grandes por su gran radio de curvatura externo, a
diferencia de las esferas que necesitan ser muy voluminosas para igualar la
capacidad. Luego está el diámetro menor del toroide, el cual en buena medida
determina el voltaje de emisión. Toroides de sección grande tienen emisiones
eléctricas bajas o prácticamente nulas, mientras que toroides delgados lanzan
descargas con mucha facilidad.
Un beneficio adicional de un toroide es que disminuye la intensidad del
campo eléctrico que circunda la parte alta de la bobina secundaria. Estos campos
eléctricos son tan intensos que producen emisión electrónica en las espiras
superiores y no solo en el extremo del conductor. La colocación de un toroide
elimina estas emisiones y brinda un único punto de descarga. Finalmente, se
encuentra el hecho de que un toroide luce muy bien.
Idealmente un toroide, al igual que una esfera, cuenta con una superficie
suave y uniforme libre de irregularidades y asperezas. Un toroide así es costoso y
difícil de conseguir. Por lo tanto, es más sencillo y económico construir un toroide
con cierto grado de irregularidades usando materiales empleados para otros fines,
como conducto de ventilación, el cual es flexible y se le puede dar forma de toro.
( (ver figura No 10)
Figura No 9
39
Figura No10
3.6 EXPLOSOR
Spark-gap (explosor) o chispero son dos electrodos separados por aire.
Normalmente se usan en media y alta tensión de manera que en el aire actúa
como una resistencia. Cuando hay suficiente diferencia de potencial entre los
electrodos, la electricidad salta
Figura No1140
Figura No12
Terminología Básica
FRECUENCIA
Ecuación No 2
Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos
repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:
41
Ecuacion No 3
Donde T es el periodo de la señal.
El termino frecuencia es importante explicarlo y conocerlo debido a que este
fenómeno varia las reactancias resistencia imaginarias de la bobina y el
condensador podemos observarlo en las siguientes formulas
XL=2π.F.L como F es Directamente proporcional si aumenta F aumenta XL al
contrario que el condensador si aumenta F disminuye el valor de XC
Xc=1/2π.F.C
VELOCIDAD ANGULAR
Velocidad angular es una medida de la velocidad de rotación. Se define
como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante la letra
griega ω. Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).
Aunque se la define para el movimiento de rotación del sólido rígido, también se la
emplea en la cinemática de la partícula o punto material, especialmente cuando
esta se mueve sobre una trayectoria cerrada (circular, elíptica, etc).
Para un objeto que gira alrededor de un eje, cada punto del objeto tiene la
misma velocidad angular. La velocidad tangencial de cualquier punto es
proporcional a su distancia del eje de rotación. Las unidades de velocidad angular
son los radianes/segundo. ×10 1 De modo que su valor instantáneo queda
definido por la derivada:
En un movimiento circular uniforme, dado que una revolución completa representa
2π radianes, tenemos:
42
Donde T es el período (tiempo en dar una vuelta completa) y f es
la frecuencia (número de revoluciones o vueltas por unidad de tiempo).
De modo que
Ecuacion No 4
b. Desde el punto de vista técnico-ámbito de acción:
El mencionado proyecto se justifica desde el punto de vista técnico porque permitirá realizar diferentes experimentos para comprobar y visualizar sus efectos, observar los arcos voltaicos, crear prácticas de corrientes inducidas utilizando la bobina de tesla para encender bombillas fluorescentes sin la necesidad de conductores.
c. Desde la razón legal:
Según Los Artículos 6, 7, 8, 11, y 15 de la ley de Servicio Comunitario del estudiante de educación superior Establece que el servicio comunitario es un requisito para la obtención del titulo de Educación Superior a su vez tiene como fines:
Fomentar en el estudiante, la solidaridad y el compromiso con la comunidad como norma ética y ciudadana.
Hacer un acto de reciprocidad con la sociedad.
Enriquecer la actividad de educación superior, a través del aprendizaje servicio, con la aplicación de los conocimientos adquiridos durante la formación académica, artística, cultural y deportiva.
Integrar las instituciones de educación superior con la comunidad, para contribuir al desarrollo de la sociedad venezolana.
43
Nuestro proyecto socio-integrador esta basado en construir y exonera las horas del servicio comunitario.
d. Desde el Contexto Participante – Comunidad
Asimismo desde el ámbito teórico permitirá Beneficiar el Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas, especialmente al laboratorio de física II, así como mejorar y maximizar los conocimientos de los estudiantes del PNF de Electricidad.
e. Vinculación del Proyecto con el plan de desarrollo Económico y Social de la Nación 2013-2019, Líneas de investigación del PNF y Transversalidad con el eje proyecto, socio crítico y profesional.
El proyecto se vincula con el programa de gobierno para el periodo 2013-2019, respondiendo a la consecución de dichos supremos objetivos en el siguiente contexto.
Este es un programa de transición al socialismo y de radicalización de la democracia participativa y protagónica, partimos del principio de que acelera la transición para necesariamente acelerar el proceso de restitución del poder del pueblo.
Al presentar este programa se hace con convencimiento de que solo con la participación protagónica del pueblo con su más amplia discusión en las bases populares, podremos perfeccionarlo, desatando toda potencia creadora y libertadora.
Es importante señalar que el 2do 3er y 5to Objetivo del plan de la nación socialista para el periodo 2013/2019, tiene relación con dicho proyecto. El 2do objetivo establece:
II) Continuar construyendo el Socialismo Bolivariano del siglo XXI en Venezuela,
como alternativa al modelo salvaje del capitalismo y con ello asegurar la mayor
suma de seguridad social, mayor suma de estabilidad política y la mayor suma de
felicidad para el pueblo.
En este proyecto construcción de una bobina de tesla asume un gran rol con
respecto al cambio de un modelo radical capitalista salvaje a un modelo integrador
socialista, ya que podría asumir una felicidad a la sociedad, por el aporte de
44
nuevos conocimientos inculcados por nuestro proyecto enfocado al grupo
estudiantil cursando la carrera PNF en el área de Electricidad.
III) Convertir a Venezuela en un país potencia en lo social, económico y político
dentro de la gran potencia naciente en América Latina y el Caribe, que garanticen
la conformación de una zona de paz en nuestra América.
En este tercer objetivo tiene relación, con respecto a un futuro país potencia tanto
en lo social como en lo económico, la bobina de tesla fue creado y diseñado por el
ingeniero eléctrico Nikola tesla, el objetivo de este gran ingeniero era transmitir la
energía eléctrica sin necesidad de conductores y gratificarla a la especie humana,
de allí podemos decir que adaptando esta idea socialista podemos realizar este
proyecto a gran escala y aportar al pueblo un consumo eléctrico gratis, y deshacer
el modelo capitalista establecido en nuestro país.
V) Contribuir con la preservación de la vida en el planeta y la salvación de la especie humana.
En este objetivo es importante señalar la producción de Energía Eléctrica capitalista ya que existen formas de producir energía que no beneficia al medio ambiente un ejemplo seria la producción de energía eléctrica nuclear, en este proyecto socio-integrador se plasma una forma de producir energía sin alterar la naturaleza.
2.2 Población Beneficiada:
La población beneficiada directa es el Instituto Universitario de Tecnología de Cabimas y la población beneficiada indirecta es la comunidad del Amparo.
3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
3.1 Objetivo general:
Construir una bobina de tesla para las actividades prácticas del laboratorio de Física II.
45
3.2 Objetivos especifico
• Realizar los cálculos para la construcción de La Bobina De Tesla.
• Organizar los parámetros operativos y técnicos para el ensamblaje y diseño de la bobina de tesla.
• Observar y realizar una serie de pruebas para verificar su buen funcionamiento.
• Realizar un manual de uso para el buen funcionamiento de la Bobina de Tesla.
46
II PARTEPLANIFICACION DEL PROYECTO
4. PLAN DE ACCION
PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO
TITULO: Construcción de una Bobina de Tesla
OBJETIVO GENERAL: Construir una Bobina de tesla para las actividades practicas del laboratorio de física II
DIAGNÓSTICO
OBJETIVO ESPECIFICO
TAREAS A REALIZAR
FECHA DE INICIO Y
CULMINACIÓN¿PARA QUE? ¿QUIENES? ¿CON QUE?
Realizar los cálculos para la construcción de la bobina de tesla.
Realizar los cálculos
matemáticos
3/3/2014 hasta 8/4/14.
Obtener el diseño,
organizar el ensamblaje y la
compra de
Los autores del proyecto
Con recursos financieros
propios.
47
materiales a utiliza para la
construcción de la misma.
Organizar los parámetros operativos y técnicos para el ensamblaje y diseño de la bobina de tesla
Construir la Bobina de Tesla.
8/4/14 hasta 8/10/14
Para las actividades practicas de
física II.
Autores del proyecto y profesores
del Instituto.
Materiales comprados por los autores del
proyecto
EJECUCIÓN
OBJETIVO ESPECIFICO
TAREAS A REALIZAR
FECHA DE INICIO Y
CULMINACIÓN¿PARA QUE? ¿QUIENES? ¿CON QUE?
Determinar las medidas de seguridad y
manipulación de la bobina de tesla.
Al tener construido dicho
proyecto Determinar medidas de
seguridad para su manipulación
9/9/14 hasta 14/10/14.
No tener accidentes por
faltas de medidas de seguridad
Autores del proyecto y profesores.
Bobina de Tesla.
Realizar un manual de uso.
Construir un manual de uso
3/10/14 hasta 22/10/14
Profesores de las Unidades
curriculares de física II
Autores del proyecto.
Guías Practicas con información diseñadas
48
especialmente al uso de la bobina de
Tesla
EVALUACIÓN
OBJETIVO ESPECIFICO
TAREAS A REALIZAR
FECHA DE INICIO Y
CULMINACIÓN¿PARA QUE? ¿QUIENES? ¿CON QUE?
Estudiar sus fenómenos eléctricos.
Estudiar los fenómenos eléctricos
14/10/14 hasta 17/10/14
Acoplarlo al manual de uso.
Los autores del proyecto
Guías practicas
Observar y realizar una serie de pruebas para verificar su buen funcionamiento.
Realizar una serie de pruebas para observar y
verificar su buen funcionamiento
17/10/14 hasta 22/10/14
Confirmar su buen
funcionamiento
Los autores del proyecto
Materiales necesarios para
simular las practicas
5. CRONOGRAMAS DE ACTIVIDADES
ACTIVIDADES REALIZADAS
Tiempo Probable de Ejecución
Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
Realizar los cálculos para la construcción de la bobina de tesla.
Organizar los parámetros operativos y técnicos para el ensamblaje y diseño de la bobina de tesla
49
Determinar las medidas de seguridad y manipulación de la bobina de tesla.
Realizar un manual de uso.
Estudiar sus fenómenos eléctricos.
Observar y realizar una serie de pruebas para verificar su buen funcionamiento.
Elaborado por Gutiérrez, Ruiz y Salas (2014)
III PARTERESULTADOS Y LOGROS DEL PROYECTO
50
III PARTE
RESULTADOS Y LOGROS
A continuación se presentan los resultados y logros obtenidos por cada uno
de los objetivos específicos enunciados en la primera parte del proyecto, con el
propósito de desarrollo de las actividades plasmadas en el plan de acción, se
observara los resultados y logros especificándolos en cada uno de los elementos
de la bobina de tesla.
ELEMENTOS A UTILIZAR EN LA BOBINA DE TESLA
En este apartado esta descrita detalladamente las características que deben
tener los diferentes elementos constituyentes de la CONSTRUCCION DE LA BOBINA TESLA.
ESQUEMA A UTILIZAR
Esquema básico de la bobina Tesla
51
Figura No13
TRANSFORMADOR DE ALTO VOLTAJE
El Transformador de Alto Voltaje es la fuente principal de energía en una
bobina de Tesla convencional. El TX a utilizar eleva la tensión convencional de
110-1100 V proporcionando una Intensidad de corriente de 300 mA, Utilizamos un
TX de microondas hay TX con valores de miles de voltios; generalmente se
utilizan voltajes dentro del rango de 1K hasta 20 kV en el circuito primario de la
bobina.
Teniendo los valores calculamos la potencia del sistema P=Vx I
P=1100V x 300 mA = 330 Watts
Calculo de Z teniendo la intensidad del Tx y V de la salida del Tx
Calculamos Z=V/I Z=1100V/300mA=3.666,66Ω
52
Figura No14
CONDENSADOR
El condensador de alto voltaje es quizás la parte más sensible de una bobina
de Tesla. Dado que está sometido a voltajes enormes y a que sus descargas
producen corrientes eléctricas del orden de cientos de amperes a frecuencias de
cientos de kHz, es una pieza de enorme importancia en el funcionamiento del
sistema entero.
En principio, el condensador es un depósito para la energía proporcionada por
el transformador. Además tiene como función, en conjunto con la bobina primaria y
el explosor, generar los pulsos de alta frecuencia que hacen funcionar a la bobina.
Los valores de capacidad del condensador principal suelen estar entre 0,05 µF
y 0,2 µF. Su valor influye en la frecuencia de resonancia del primario y del
secundario, y en la máxima potencia disponible para la bobina Tesla.
Dada la naturaleza de su función, el condensador utilizado debe satisfacer las
siguientes condiciones:
53
- Según Eduardo Pérez de Obanos Francés Universidad Pública de Navarra, el
condensador debe Tener una alta resistencia dieléctrica. Como se trabaja con
altos voltajes el condensador debe ser capaz de soportarlos; primero debe resistir
voltaje iguales al pico.
- Tolerar la corriente de descarga. La corriente de descarga de un capacitor es del
orden de cientos de amperes y debe ser capaz de resistirlos; de tal manera el
condensador a utilizar es de microonda ya que sus características están se
adaptan al sistema de otro modo sufrirá de calentamiento excesivo que podría
llegar a destruirlo.
Cálculo del “C” Nuestra Red Nacional Eléctrica nos proporciona 110 V con una
Frecuencia de 60 Hz
C=1/2πx60 (Hz) x3666,66 Ω
C= 0,72 utilizamos un condensador de 0,95 µF
Figura No15
EXPLOSOR
El explosor funciona como un interruptor de alto voltaje en el primario. A
medida que se acumula carga en las placas del capacitor, el voltaje entre estas
aumenta, hasta que alcanza un límite impuesto por la naturaleza de aquel; Como
existen dos tipos de explosores: estático y giratorio, en el esquema a utilizar
colocamos el estático.
54
El explosor estático consiste en una serie de piezas conductoras fijas llamadas
electrodos las cuales se encuentran separadas una distancia también fija. El
voltaje de activación del explosor (interruptor cerrado) es directamente
proporcional a la separación entre electrodos. Así, a mayor separación mayor
voltaje se necesita para que se produzca un arco y el espacio entre electrodos se
vuelva conductor. El tipo de explosor más simple consta de dos electrodos
separados por aire.
Figura No16
BOBINA PRIMARIA
La bobina primaria a construir hemos utilizamos un Tubo de cobre de 3/16
pulgadas unos 0,47625 cm, 9,3 mts al finalizar se realizaron 9 vueltas de espiral.
Utilizamos este diseño para conseguir el factor de acoplamiento deseado.
55
Figura No17
Figura No18
56
Figura No19
Figura No 2057
Figura No 21
Figura No 22
BOBINA SECUNDARIA
58
En nuestro caso utilizamos un tubo de PVC con una altura de 35 Cm y de 3
pulgadas unos 7,62 cm de diámetro las dimensiones se adaptaron a nuestras
necesidades. La bobina tiene 875 vueltas de alambre de cobre barnizado de 0,4
mm de diámetro y guarda una relación H:D de 4,59.
Figura No 23
TERMINAL SUPERIOR (TOROIDE)
No adaptamos ningún terminal superior que se adaptara a nuestra
conveniencia por faltas de materiales en el país, utilizamos una esfera de anime
cubierta con papel aluminio para conducir los arcos eléctricos que ionizan el aire y
a su vez transmitiendo la energía eléctrica inalámbricamente.
59
Figura No 24
PRESUPUESTO
Se expone el presupuesto de forma detallada de tal forma que se planteara en
el siguiente cuadro de la mejor forma posible con una alta expectativa el Material
necesario para la fabricación o montaje de cada parte del proyecto. Siguiendo a
su vez el cuadro de los presupuestos reales en la construcción de dicho proyecto.
Cuadro No 1
Materiales Cantidad Precio de c/u Precio Total 60
(Bsf) (Bsf)
Transformador
5 5.000 5.000
Condensador de alta tensión
1 15.000 15.000
Explosor 1 450 450
Bobina primaria
11 metros de tubo de cobre de 3/16”
2.500 2.500
Bobina secundaria
300 mts de alambre de cobre esmaltado
5.000 5.000
Tubo PVC 600 600
Toroide 1 2.500 2.500
Madera, pega, cables, entre otros.
1.800 1.800
Total 32.850
Cuadro No 2 (gastos reales)
Materiales Cantidad Precio de c/u (Bsf)
Precio Total (Bsf)
Transformador
1 1.000 1.000
Condensador de alta tensión
1 condensador de microondas
850 850
61
Explosor 1 450 450
Bobina primaria
9 metros de tubo de cobre de 3/16”
2.045 2.045
Bobina secundaria
250 mts de alambre de cobre esmaltado
2.500 2.500
Tubo PVC 600 600
Esfera de aluminio
1 bola de anime
50 50
Papel aluminio 120 120
Madera, pega, cables, entre otros.
1.800 1.800
Total 6.915
62
IV PARTEPRODUCTO O SERVICIO DEL PROYECTO
MANUAL PARA SU CORRECTA MANIPULACIÓN CONSERVACIÓN Y USO
PRUEBAS QUE REALIZAMOS A LA BOBINA DE TESLA
63
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGIA.
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS
CABIMAS ESTADO ZULIA
MANUAL DE USUARIO BOBINA DE TESLA
Proyecto socio-integrador64
Autores:
Gutiérrez Paul C.I: 23.467.967
Ruiz Roberto C.I: 23.467.282
Salas Héctor C.I: 21.212.969
Tutor Técnico: Msc. Meléndez Marcos
Tutor Metodológico: Dra. Salgado Nelitza
Octubre, 2014
MANUAL DE USUARIO
BOBINA DE TESLA
65
Octubre, 2014
Tabla De Contenido pág.
Introducción……………………………………………………………………...….3
Medidas De Seguridad…………………………………………………………….4
¿Cómo Usar La Bobina De Tesla?...................................................................5
Experimentos Que Se Pueden Realizar Con La Máquina……………………..9
Mantenimiento Del Equipo………………………………………………………..10
Autores:
Gutiérrez Paul
Ruiz Roberto
Salas Héctor
66
Tutor Técnico: Tutor Metodológico:
MSc. Meléndez Marcos Dra. Salgado Nelitza
_________________ ________________
Firma Firma
Introducción
En este manual de operaciones se explicara paso a paso de cómo llevar un
buen manejo del equipo, como su mantenimiento y protección de usuario o de la
máquina.
En la realización de este manual se busca que sea de fácil entendimiento para
usuarios de poco conocimiento en la materia y evitar dudas o inconveniencias a la
hora de usar la maquina y/o accidentes de ambas partes, por lo consiguientes se
le advierte al usuario que en momento de usar el equipo, use la medidas de
seguridad correspondiente.
67
ASPECTOS DE SEGURIDAD
Dada la peligrosidad de trabajar con alta tensión, hay que seguir unas pautas
de seguridad a la hora de las pruebas y practicas de la bobina Tesla.
- Se guardaran distancias suficientes entre conductores a diferente tensión para
evitar fallos de aislamiento. La mayoría de los cables tienen aislamiento plástico
de 1000 V. En el primario la mayor diferencia de potencial es de 15 kV entre
conductores. El aire seco tiene una tensión de ruptura de 3000 V/mm, por lo que
con una distancia mayor de 5mm entre conductores no aislados sería suficiente,
aunque por seguridad los conductores están separados un mínimo de 10 cm.
- Tras la parada de la bobina los condensadores pueden quedar cargados, por lo
que es necesario cortocircuitarlos o ponerles una resistencia para descargarlos
antes de manipularlos.
- No se debe mirar directamente a las chispas del explosor, ya que por su alta
intensidad lumínica, pueden producir lesiones en los ojos e incluso pérdida parcial
o total de visión.
68
- Durante el funcionamiento de la bobina Tesla se apartaran del radio de acción de
la bobina Tesla todo tipo de aparatos de medida y electrónicos en general. Por las
pruebas realizadas las mayores chispas observadas son de alrededor de 1 m,
pero por precaución retiramos todos los aparatos eléctricos fuera de la verja de
seguridad durante las pruebas.
- Las descargas eléctricas ionizan el oxigeno del aire produciendo ozono, el cual
es tóxico. Es conveniente esperar un rato antes de acceder a la zona de
descargas tras la parada del aparato y no tenerlo mucho rato seguido funcionando
se recomienda un máximo de 5 a 10 min de encendido para no desgastar el
condensador.
Antes de operar la máquina.
Revisar y observar que el equipo este desconectado ante de operar.
Fuente: hagaloustedmismo web
Usar equipos de protección como gafas, botas y guantes aislantes.
69
Fuente: Aceroarequipa web
No usar prendas metálica a en momento de operar la máquina, ya que
estas puede ser conductoras de rayos o arcos eléctricos que genera la
máquina.
Estar a una distancia considerables de Un metro y medio (mínimo) después
de la puesta a tierra de la maquina a la hora de operar,
Ante de encender el equipo, revisar que no haya personal sin las medidas
de seguridad correspondientes.
Estar siempre con un supervisor o técnico (profesor) a la hora de hacer
operaciones
Después de operar la máquina.
Desconectar la máquina y esperar que se desenergize para guardar y
esperar su próximo uso.
Al estar operando la maquina el usuario puedes estar cargado
electromagnéticamente, así que se le recomienda usar una puesta tierra
después finalizar el uso del equipo.
¿Cómo Usar La Bobina De Tesla?
Una bobina Tesla puede operar con niveles de tensión y potencia altos. Por lo
tanto Debe ser ajustada y operada cuidadosamente, utilizaremos un transformador
variable para ajustar la tensión de entrada a 50 V debido a que la relación del
transformador de microonda de la bobina de Tesla es de 1:20.
Experimentos que se Pueden Realizar con la Bobina de Tesla70
Masa de Cu (cobre) sobre la toroide.
Se trata de acerca una pieza de cobre a la toroide, como resultado saltan arcos
voltaicos de gran longitud y alta frecuencia.
Energía inalámbrica.
Consiste en acercar a la toroide un fluorescente o una bombilla de bajo
consumo, como resultado el fluorescente o la bombilla de bajo consumo se
enciendes a una cierta distancia sin que salten arcos voltaicos y se transmite
energía lo suficiente para encenderlos sin cables.
Bombilla de filamento.
Este experimento es de acerca lo suficiente una bombilla incandescente de
filamento para que salten arcos voltaicos, como resultado dentro de la bombilla
saltan arcos voltaicos hacia el vidrio creando una lámpara de plasma bastante
espectacular.
LED
Se toma un Led haciendo tierra con el dedo en el catodo del LED y enciende
por la inducción Magnética.
CD’s.
En este experimentos se acercan una gran cantidad de CD’s con una masa de
cobre en medio creando una bobina, también se puede dirigir los arcos voltaicos
con vara de punta metálica, como resultado el aluminio de los CD’s se quema y se
desprende haciendo un gran resultado.
71
CONCLUSION
Con la realización de este proyecto socio-integrador se ha concluido que La
bobina de tesla es un dispositivo capaz de emitir descargas eléctricas que pueden
llegar a medir varios metros y emitir luz por medio de la generación de pulsos de
alta tensión, para saber su función en sí y así brindar los conocimientos básicos
para realizar los cálculos, algebraicos en las unidades curriculares tales como
circuitos eléctricos, física, matemática y algebra.
De igual manera la bobina puede operar con niveles de potencia con picos
muy altos, hasta muchos mega voltios (un millón de voltios). Debe por tanto ser
ajustada y operada cuidadosamente, no sólo por eficiencia y economía, sino
también por seguridad. Los circuitos de bobina de Tesla se utilizan
comercialmente en emisoras de radio de chispa para la telegrafía sin hilos hasta la
década de 1920, y en electroterapia y pseudomédica como el rayo violeta.
Hoy en día su uso principal es el entretenimiento y exhibiciones educativas.
Bobinas de Tesla son construidas por muchos entusiastas de alta tensión, centros
de investigación, museos de ciencia y experimentadores independientes. Aunque
los controladores de circuitos electrónicos se han desarrollado, diseño hueco de la
chispa original de Tesla es menos caro y ha demostrado ser extremadamente
fiable. La bobina de Tesla también se puede utilizar para la transmisión
inalámbrica. 72
Los Elementos y Funcionamiento de la bobina de Tesla son:
El Transformador de Alto Voltaje es la fuente principal de energía en una
bobina de Tesla convencional. Eleva el voltaje convencional de 110V hasta
valores de miles de voltios; generalmente se utilizan voltajes dentro del rango de
1000 hasta 20 kV circuito primario de la bobina
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar
o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna sin afectar el
factor de potencia y manteniendo la potencia.
Una bobina de choke se usa, bien para impedir el paso de una parte de un
circuito a otra de la corriente alterna, al mismo tiempo que se deja pasar
la corriente continua, o bien para impedir el paso de corriente en modo común,
mientras deja pasar la corriente en modo diferencial.
El condensador es un componente eléctrico destinado a almacenar energía
eléctrica en una superficie muy pequeña. En una bobina de tesla sirve para
accionar el explosor y para tener una reactancia determinada. Esta reactancia
capacitiva ha de ser igual a la reactancia inductiva de la bobina primaria a la
frecuencia resonante (la que crea el explosor)
La bobina primaria es un arrollamiento de conductor de baja inductancia y
gran conductividad eléctrica. Por lo general estas bobinas constan de 15 o menos
espiras de conductor, usualmente tubo de cobre arrollado en formas diferentes
según se necesite. La bobina secundaria junto con la primaria son la parte
transformadora del Transformador de Tesla. Es en este gran solenoide donde se
generan los altos voltajes que producen esas espectaculares descargas al aire,
que son el principal objetivo de este proyecto.
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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
Se recomienda hacerle mantenimiento preventivo a la bobina de tesla en un
periodo de 6 a 12 meses de su utilización para evitar daños permanentes en los
elementos que la componen.
Mantenimiento Del Equipo
A la hora de realizar el mantenimiento siempre se debe tomar en cuenta los
componente que conforma la maquina como el transformador, condensador,
bobina primaria y secundaria, toroides y línea de alimentación.
Transformador (TX’s): si este presenta falla por deterioro del esmalte
aislante, cambiar el TX’s por uno que contenga las misma especificaciones.
Condensador (C): si presenta daños por sobre carga voltaica causado por
picos voltaicos se cambia por una igual o mayor valor tanto en valores en
voltajes como en faradios.
Bobina primaria y secundaria: este puede presentar daño en el esmalte
aislante cambiar el embobina y tomar él cuenta el nro. de espira que pose.
Toroide: al igual que el condensador se puede ser dañado por la continuas
descargas voltaicas que se produce en la maquina si se ha de cambiar se
debe tomar en cuenta el diámetro interno y externo y las pulgada que posee
en caso tal de no conseguir la toroide se puede remplazar por una bola de
anime cubierta de papel de aluminio y conectando de igual forma.
Líneas de alimentación: asegurarse que esta no estén roídas por
animales ya que estos puede ocasionar daño al equipo o accidente al
usuario.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Robert Boylestad Teoría de Circuitos Eléctricos (2009) Décima Edic. Formulas y comportamientos de condensadores y bobinas.
Balestrini, Miriam (2002) Cómo se Elabora el Proyecto de Investigación, Caracas- OBL.
Popular para la Educación Superior (2009) Lineamientos Curriculares para Programas de Formación, Caracas.
Ramírez Tulio. (1999). Cómo Hacer un Proyecto de Investigación. Caracas. Panapo.
Universidad de pamplona.
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Título: Diseño y construcción de una bobina Tesla
Autor: Pérez de Obanos Francés, Eduardo
Director: Senosiain Miquélez, Vicente
Resumen:El objetivo de este proyecto es diseñar y construir una bobina Tesla de tamaño medio y observar las descargas emitidas desde el terminal superior. Además se realizarán una serie de pruebas para comprobar si los resultados obtenidos en esta experiencia se asemejan a los de estudios anteriores.
URI: http://hdl.handle.net/2454/1797
Fecha: 2010
Centro: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de TelecomunicaciónTelekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
Titulación: Ingeniería Técnica IndustrialIndustria Ingeniaritza Teknikoa
Departamento: Universidad Pública de Navarra. Departamento de Ingeniería Eléctrica y ElectrónicaNafarroako Unibertsitate Publikoa. Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoa Saila
Acceso: Open AccessAcceso abierto / Sarbide irekia
Tipo: info:eu-repo/semantics/masterThesisProyecto Fin de Carrera / Ikasketen Amaierako Proiektua
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