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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOBINA DE TESLA

FRANCIS COBO GARCÍA

INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO FACULTAD DE INGENIERÍA TECNOLOGÍA EN ELÉCTRICA EN CONVENIO INSTITUTO TÉCNICO AGRÍCOLA ESTABLECIMIENTO PÚBLICO DE EDUCACIÓN SUPERIOR GUADALAJARA DE BUGA 2011

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOBINA DE TESLA

FRANCIS COBO GARCÍA

Trabajo final presentado como requisito para optar por el título de TECNÓLOGO EN ELÉCTRICA

Director: JOSÉ ALBERTO MUÑOZ PIEDRAHITA Ingeniero Electricista

INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO FACULTAD DE INGENIERÍA TECNOLOGÍA EN ELÉCTRICA EN CONVENIO INSTITUTO TÉCNICO AGRÍCOLA ESTABLECIMIENTO PÚBLICO DE EDUCACIÓN SUPERIOR GUADALAJARA DE BUGA 2011 2

Alcanzar una meta solo es posible cuando, además de nuestro esfuerzo y sacrificio, contamos con el apoyo y respaldo total de nuestra familia. Son ellos la fuente que alimenta cada día esos sueños, que hoy, son logros tangibles. Francis Cobo García

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AGRADECIMIENTOS Todo objetivo es posible gracias a los aportes y el esfuerzo de muchas personas, es momento de retribuir con este sincero y emotivo reconocimiento a quienes siempre estuvieron presentes e hicieron parte de mi formación académica y personal. Al ingeniero José Alberto Muñoz, porque me compartió una idea brillante y con su entusiasmo y conocimientos me acompañó durante este proceso. Al Instituto Técnico Agrícola, con su cuerpo de docentes, administrativos y directivos, muy especialmente a su rector, el doctor Héctor Martínez Luna, porque han sabido interpretar las necesidades del sector productivo y al mismo tiempo las de los alumnos, permitiéndonos culminar uno de nuestros más importantes sueños, así como a la Coordinadora del Programa de Tecnología en Eléctrica, la señora Adiela Mercado, quien fue un buen complemento durante todo nuestro proceso de formación. Al ingeniero Francisco Javier García porque su Tesis de Grado fue un punto de referencia interesante para mi proyecto. A la empresa Industrias Ectricol SAS y su propietario el ingeniero Antonio Hincapié, quien con su visión y fe me brindó el apoyo económico definitivo, fundamental y necesario para realizar este trabajo, sin su patrocinio, habría sido muy difícil poder concluirlo, y también a la señora María del Pilar Sánchez directora de contabilidad e inventarios, quien también puso su granito de arena.

Francis Cobo García

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CONTENIDO pág. INTRODUCIÓN 1. PROBLEMA 2. JUSTIFICACIÓN 3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4. MARCO REFERENCIAL 4.1 MARCO CONTEXTUAL 4.2 MARCO CONCEPTUAL 5. RECURSOS Y METODOLOGÍA 5.1 DESCRIPCIÓN TÉCNICA 5.2 METODOLOGÍA 5.3 RECURSOS 5.3.1 Humanos 5.3.2 Materiales

15 16 17 19 19 19 20 20 20 24 24 25 26 26 26

6. RESULTADOS Y DISCUCIÓN 6.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LA BOBINA DE TESLA 6.1.1 Transformador Primario 6.1.2 Construcción del Capacitor 6.1.3 Cálculo de la Bobina Primaria 6.1.4 Cálculo Frecuencia de Resonancia 6.1.5 Cálculo de la Bobina Secundaria 6.1.6 Construcción del Toroide 6.1.7 El Descargador o Spark Gap 6.1.8 Ensamblaje de la Bobina de Tesla

28 31 32 33 37 38 39 41 44 46

6.2. EXPERIMENTACIÓN DE FENÓMENOS 6.3 ELABORACIÓN DE MANUALES 6.3.1 MANUAL DE USO 6.3.2 PROTOCOLO DE SEGURIDAD

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7. CONCLUSIONES 8. RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

59 66

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LISTA DE TABLAS pág. Tabla.1: Tabla 2:

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LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Diseño de una Bobina Tesla

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Figura 2. Transformador Allanson

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Figura 3. Banco de Condensadores

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Figura 4. Bobina primaria

35

Figura 5. Bobina secundaria

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Figura 6. Toroide de aluminio

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Figura 7. Descargador, electrodos y regulador de voltaje

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Figura 8. Motor con accesorio de Teflón y varilla de acero inoxidable

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Figura 9. Descargador con varilla de acero inoxidable de 3 cm de largo

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Figura 10 Ensamble de las Bobinas

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LISTA DE ANEXOS pág. Anexo. A: Biografía de Nicola Tesla Anexo. B: Figura 15. PRUEBA No. 1 Bobina de Tesla completa

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Figura 16. PRUEBA No. 1 Descarga de efluvios

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Figura 17. PRUEBA No. 2 Efluvios en la conexión del Transformador

51

Figura 18. PRUEBA No. 2 Efluvios alrededor de la tapa de aluminio

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Figura 19. PRUEBA No. 3 Bobina de Tesla apagada a la cual se le acerca un tubo fluorescente. 53 Figura 20. PRUEBA No. 3 En la secuencia de fotos (con las luces apagadas), se aprecia como al encender la Bobina y acercar a 20 centímetros de distancia un tubo fluorescente se excita. 54 Figura 21. PRUEBA No. 3 Detalle del tubo fluorescente excitado por la Bobina. 54 Figura 22. PRUEBA No. 4 La Bobina no funciona con los electrodos a dos (2) centímetros de distancia en el Descargador rotatorio.

55

Figura 23. PRUEBA No. 6 Exhibición ante un grupo de estudiantes y docentes de Tecnología Eléctrica de la Institución Técnico Agrícola 57 Figura 24. PRUEBA No. 6 El ingeniero José Alberto Muñoz docente de la institución educativa haciendo demostración

57

Figura 25. PRUEBA No. 7 Fallo de una resistencia al someter el Motor a 12v.

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GLOSARIO CAMPO ELECTROMAGNÉTICO: Es un campo físico, de tipo tensorial, que afecta a partículas con cargas eléctricas. DISRUPTIVA: (adj. Fis.) que produce una ruptura brusca, descarga de voltaje, tención disruptiva. EXPLOSOR: dispositivo donde se realiza la ruptura de descargas, el explosor se coloca en paralelo a la bobina. FRECUENCIA: es una medida que se utiliza generalmente para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en la unidad de tiempo. La frecuencia se mide en herzios (Hz). INDUCTANCIA: en un inductor o bobina, se denomina inductancia, L, a la relación entre el flujo magnético la intensidad de corriente eléctrica. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA: es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro .A diferencia de otros tipos de onda, la radiación electromagnética puede propagarse en el vacío. RADIOFRECUENCIA: el término radiofrecuencia, también denominado espectro de radio frecuencia o rf, se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada ente 3Hz y 300 Hz, el herzio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas radio eléctricas y corresponde a un periodo por segundo. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro se pueden transmitir, aplicando la corriente alterna. Originada de un generador a una antena. VOLTAJE: es la tención o diferencia de potencial, es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.

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RESUMEN El presente trabajo contiene la información teórica básica y los cálculos eléctricos que permiten el diseño y construcción de un Prototipo de Bobina de Tesla; aparato mediante el cual el Instituto Técnico Agrícola TPA, podrá contar con un elemento que propicie la iniciación del laboratorio de electricidad, facilite a la comunidad educativa la experimentación de diversos fenómenos eléctricos y teorías relacionada con este campo e incentive la investigación. Al recorrer las páginas del presente documento, se encuentran aspectos teóricos de la ley de Maxwell, la teoría de Electromagnetismo, Radiación electromagnética, Radiofrecuencias, Efecto Corona, entre otros. De igual manera, están los cálculos de construcción de cada una de las partes de la Bobina, y una serie de pruebas experimentales efectuadas bajo diversas condiciones que permitan al lector un amplio recorrido por este apasionante campo. La frase clave: Una Bobina de Tesla para experimentar e investigar teorías y fenómenos eléctricos.

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SUMARY

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INTRODUCCIÓN Al llegar al término de nuestro proceso formativo en Tecnología Eléctrica, los alumnos enfrentamos la necesidad de poner en práctica o comprobar algunas de las teorías y fenómenos más apasionantes, o aquellos que consideramos pueden ser de gran relevancia y validez académica. Es por ello, que como objeto de estudio para mi trabajo de grado he optado por el diseño y construcción de una Bobina de Tesla, aparato que además de exigir la aplicación de importantes teorías, nos permitirá apreciar en toda su magnitud y espectacularidad diversos fenómenos, así como su experimentación. Se constituye pues en mi principal objeto de estudio los fenómenos relacionados con circuitos de alta tensión, para lograr a partir de su demostración incentivar a la comunidad educativa, científica y empresarial local, por la investigación y creación de espacios adecuados para su desarrollo.

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1.

PROBLEMA

En el área de Tecnología Eléctrica además de los conceptos teóricos y fundamentos científicos que se aprenden a lo largo de la carrera, es indispensable para los estudiantes tener elementos prácticos que permitan la experimentación y comprobación de algunas de las teorías y fenómenos vistos. En este sentido, es necesario para mejorar el grado de aprendizaje y profundización en los conocimientos adquiridos, que la institución cuente con aparatos que permitan dicha experimentación, que para el tema de interés del presente trabajo, se puede lograr con el Diseño y Construcción de una Bobina de Tesla, equipo que serviría de inicio a la creación del laboratorio de Electricidad de la Institución Educativa. Además, en la ciudad ninguna otra institución o empresa cuenta con este elemento, lo que implicaría para los estudiantes tener que desplazarse hasta la capital del Departamento para poder observar y experimentar con fenómenos que van de la mano con las leyes y teorías fundamentales de la electricidad. Dada la versatilidad e infinidad de posibles aplicaciones de la Bobina de Tesla, ésta se convertiría en un elemento clave para los fines educativos, pedagógicos y científicos perseguidos por la Institución, dado que a partir de ella se puede motivar aún más a los estudiantes hacia diversos campos de la investigación y experimentación científica de la energía eléctrica, puesto que la mayoría ingresa con la expectativa de ejecutar trabajos técnicos (conexión de equipos eléctricos) y al llegar a las asignaturas de matemáticas y física que son soporte para la experimentación e investigación, declinan en su interés. Mientras que al contar con una Bobina de Tesla los estudiantes de manera vivencial, pueden conocer los campos posibles de investigación, tales como: Electromagnetismo, Campos magnéticos, y Circuitos Resonantes, entre otros. Además, en el caso de estudiantes de bachillerato de últimos grados, la bobina de Tesla puede jugar un papel preponderante en la realización de ferias científicas escolares, puesto que por la espectacularidad de los fenómenos y efectos que se derivan de ella, puede incentivar la curiosidad e interés de los jóvenes por el campo de la electricidad y convertirse en los futuros estudiantes de esta rama.

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2.

JUSTIFICACIÓN

En el desarrollo del aprendizaje de la Energía Eléctrica se encuentran parámetros de fenómenos y comportamientos físicos, que a la fecha solo pueden ser observados desde un esbozo teórico, como es el caso del análisis de circuitos, el efecto pie, la resonancia electromagnética, sonido y frecuencia de ondas, entre otros. Con la construcción de una Bobina de Tesla los estudiantes de la institución se pueden acercar un poco más a su conocimiento, ya que a través de ésta visualizarían ciertos fenómenos y entenderían l por qué de dichos efectos. Además se pondría en práctica la metodología del “Aprender haciendo”, incentivando el estudio y demostración del campo electromagnético que se forma a través del circuito y la forma de comportarse ante otros objetos como son: el encendido de una lámpara fluorescente sin necesidad de cables eléctricos, los efluvios emitidos dentro de un bombillo incandescente, y las descargas eléctricas que se observan al romper la rigidez dieléctrica, entre otros. Además, el desarrollo de este proyecto permitiría a la institución educativa poner en marcha la primera fase del Proyecto Institucional que busca la formación de un laboratorio para el área eléctrica de alta tensión, el cual está ligado a la realización de pruebas y ensayos en proyectos de comunicaciones, sonido y ondas. Es así, que de contar la institución educativa con este elemento como inicio del laboratorio de eléctrica, ganaría ante la comunidad educativa local y regional mayor prestigio y relevancia académica en su programa de Tecnología Eléctrica, puesto que podría lograr un avance significativo hacia el campo de la investigación y se convertiría en pionera dado que solo las Universidades de ciudades capitales cuentan con este elemento. Los estudiantes por su parte, tendrían la posibilidad de efectuar pruebas de laboratorio, demostraciones y otras actividades directamente en su institución, sin incurrir en gastos adicionales o tener limitaciones impuestas por terceros, en el caso de querer abordar estos fenómenos en laboratorios de otras instituciones. Para la ciudad sería un avance importante al convertirse en la única ciudad intermedia del Departamento del Valle, en contar con este tipo de dispositivo, haciendo posible que empresas o entidades locales que requieran comprobar, experimentar o desarrollar algunas de las teorías citadas anteriormente, lo puedan hacer sin moverse de la ciudad.

14

3.

OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL Construir el prototipo de una Bobina de Tesla para la investigación y experimentación de algunos fenómenos eléctricos en la Institución Técnico Agrícola TPA de Guadalajara de Buga, Valle. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3.2.1 Motivar a estudiantes, profesionales y entidades afines con la electricidad, a incursionar en el campo científico y de investigación sobre los fenómenos en los circuitos eléctricos y de alta tensión. 3.2.2 Promocionar en Instituciones educativas de la ciudad y empresas afines con el campo de la electricidad, la utilización de la Bobina de Tesla en actividades de carácter pedagógico, didácticas y científico-empresariales. 3.2.3 Realizar una demostración ante la comunidad educativa de la ciudad de los efectos generados a partir de una Bobina de Tesla.

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4.

MARCO REFERENCIAL

4.1 MARCO CONTEXTUAL El desarrollo y refinamiento de todo tipo de elementos y tecnologías que se emplean en la vida moderna, hacen que campos como el de la energía eléctrica tengan un mayor interés y se conviertan en objeto de estudio importante para lograr el impulso tecnológico que nuestro país necesita y que a su vez esté en consonancia con la preocupación mundial por la conservación del medio ambiente. Es por esto que organismos estatales como el Ministerio de Educación Nacional y Colciencias han formulado políticas que no solo promueven, sino que buscan dar impulso al campo de “la investigación, la tecnología, la innovación y la técnica que contribuyan al desarrollo humano integral, sostenible y sustentable a través de la ampliación de las oportunidades de progreso de los individuos, las comunidades, las regiones y la Nación.” Así, el Plan Decenal de Educación 2006-2016, tiene como uno de sus objetivos en Ciencia y Tecnología en el aspecto 2: Cultura de la Investigación y el conocimiento: “fomentar, desarrollar y fortalecer de manera permanente una cultura de ciencia, tecnología e innovación”. A la luz de las políticas de educación nacional es vital promover en los estudiantes el interés por la investigación científica, siendo también este uno de los objetivos que se pretende cumplir con el desarrollo del presente proyecto. 4.2 MARCO CONCEPTUAL El origen de la teoría de la relatividad se sustenta en las ecuaciones del electromagnetismo, descubiertas parcialmente por varios sabios del siglo XIX y completadas por James Clark Maxwell, unas tres décadas antes de 1905. La teoría electromagnética fue confirmada poco después de su muerte y una multitud de experimentos desarrollados antes de 1905 daban soporte y confianza absoluta en ella. Uno de los muchos experimentos que confirma las leyes de Maxwell es la Bobina de Tesla. La Bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce altas tensiones de elevadas frecuencias (radiofrecuencias), con efectos observables por el ojo humano como chispas, coronas y arcos eléctricos. Fue inventada por Nikola Tesla, un ingeniero serbio-americano, quien en 1891 desarrolló un generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual proyectaba trasmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores. Producir energía eléctrica inalámbrica Aunque la idea no prosperó, a Tesla le debemos la corriente trifásica, los motores de inducción que mueven las industrias y otras 700 patentes más. 16

Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla. 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 largo alcance, lo que las hace muy espectaculares. En la primavera de 1891, Tesla ofreció una serie de demostraciones con varias máquinas ante el American Instituto of Eléctrica Engieres del Columbia Collage. 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. En, Sistema de luces eléctricas (23 de junio de 1891), Tesla describió esta primera bobina disruptiva, concebida con el propósito de convertir y suplir energía eléctrica en una forma adaptada a la producción de ciertos nuevos fenómenos eléctricos, que requerían corrientes de mayores frecuencia y potencial. También especificaba un mecanismo descargador y almacenador de energía en la primera parte de un transformador de radiofrecuencia. Esta es la primera aparición de una alimentación de corriente de RF capaz de excitar una antena para emitir potente radiación electromagnética. Tesla, en la patente sistemas de transmisión de energía eléctrica y aparatos para transmisión de energía eléctrica, describió nuevas y útiles combinaciones empleadas en bobinas transformadoras. Bobinas transmisoras o conductoras preparadas y excitadas para provocar corrientes u oscilaciones que se propagaran por conducción a través del medio natural de un punto a otro punto remoto, y bobinas receptoras de las señales transmitidas. Estas bobinas permitían producir corrientes de muy alto potencial. Más tarde conseguiría método señales y sistemas de señales, para bobinas con una elevada capacitancia transmisiva con un electrodo a Tierra. Algunas de estas bobinas posteriores, fueron considerablemente más grandes y operadas a niveles de potencia mucho mayores. Cuando Tesla patentó un dispositivo en aparatos para transmisión de energía eléctrica, llamó al dispositivo un transformador resonante auto regenerativo de alto voltaje con núcleo de aire que genera alto voltaje a alta frecuencia. Sin embargo esta frase ya no se usa. Los dispositivos posteriores fueron en ocasiones alimentados desde transformadores de alto voltaje, usando bancos de capacitores de cristal de botella inmersos en 17

aceite para reducir las pérdidas por descargas de corona, y usaban descargadores rotativos para poder 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. 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. En detalle, este circuito Tesla consiste en una bobina en relación inductiva cercana con un primario, y una de las terminaciones conectada a una placa a tierra, mientras que la otra está dirigida a través de una bobina de auto-inducción separada (cuya conexión debe ser hecha siempre a, o cerca de, el centro geométrico de la bobina, para asegurar una distribución simétrica de la corriente), y de un cilindro metálico que transporta la corriente al terminal. La bobina primaria puede ser excitada por cualquier fuente de corriente de alta frecuencia deseada. El requerimiento importante es que los lados primario y secundario deben estar ajustados a la misma frecuencia resonante para permitir transferencias eficientes de energía entre los circuitos resonantes primario y secundario. Originalmente, un alternador de alta frecuencia o un capacitor de descarga eran usados para excitar la bobina primaria. Bobinas Tesla modernas pueden usar tubos de vacío para excitar el primario y generar corriente de alta frecuencia.

18

5.

RECURSOS Y METODOLOGÍA

5.1 DESCRIPCIÓN TÉCNICA Los elementos básicos que componen una Bobina Tesla son los siguientes:      

Transformador primario Capacitor primario Spark gap (descargador) Bobina primaria Bobina secundaria Toroide o descarga terminal

A partir del diseño, los cálculos y la construcción de cada una de éstas piezas se procederá a la construcción propiamente dicha de la Bobina de Tesla. Teniendo estos elementos listos se describe a continuación cómo funciona la Bobina de Tesla: El transformador T1 carga al capacitor C1 y se establece una alta tensión entre sus placas. El voltaje tan elevado es capaz de romper la resistencia del aire, haciendo saltar una chispa entre los bornes de los electrodos del descargador o explosor. La chispa descarga al capacitor C1 a través de la bobina primaria L1 (con pocas espiras) estableciendo una corriente oscilante. Figura1. Diseño de una Bobina de Tesla.

Enseguida el capacitor C1 se carga nuevamente repitiendo el proceso. Así, resulta un circuito oscilatorio de radio frecuencia al que llamaremos circuito primario. La energía producida por el circuito primario es inducida en la bobina secundaria L2 (con más vueltas). El circuito secundario se forma con la inductancia de la bobina L2 y la pequeña capacidad distribuida en ella misma, diseñado de modo que el circuito secundario oscila a la misma frecuencia que el circuito primario, entrando en resonancia. 19

Finalmente, el circuito secundario produce ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia y voltajes muy elevados. Las ondas que se propagan en el medio ionizan las moléculas del aire, convirtiéndolo en trasmisor de corriente eléctrica. Si se acerca una lámpara fluorescente al electrodo superior de la bobina de alto voltaje L2, se excita y se observarán los efluvios. Se puede provocar una chispa de RF tomando un objeto metálico oprimido fuertemente con los dedos y acercando su extremo al electrodo superior de la bobina; si no se oprime fuertemente, el arco puede quemar la piel. No se deben acercar aparatos electrónicos a la Bobina, puesto que la alta tensión de radiofrecuencia los puede dañar. 5.2 METODOLOGÍA La metodología propuesta para la realización del proyecto estará basada en la configuración del Método Científico, el cual consta de las etapas que se describen a continuación: Observación: En esta primera etapa podremos generar y mostrar varios efectos y fenómenos eléctricos conocidos teóricamente en clase, tales como: descargas eléctricas o chispas llamadas efluvios, el efecto de radio frecuencia y electromagnetismo al acercar un bombillo y una lámpara fluorescente a la bobina, para que se enciendan sin contar con cables para su funcionamiento. Inducción: Al observar los fenómenos arriba enunciados, los asistentes podrán experimentar, conocer y elaborar sus propias conclusiones a partir de lo visto. Hipótesis: Observar cómo se encienden las lámparas que se acercan a la Bobina dando referencia a la teoría de Nicola Tesla, la cual nos dice que es posible la transmisión de energía eléctrica sin cables. Experimentación: Hacer la Bobina de Tesla para comprobar la hipótesis de que al ponerla a funcionar se observarán los efectos seleccionados para su ensayo. Demostración: Con una Bobina de Tesla se demostrará si es posible la transmisión de energía eléctrica sin cables, es decir inalámbrica. Tesis: Nicola Tesla decía que era posible transmitir energía eléctrica sin emplear cables a través de la tierra, mediante la utilización de aparatos de altas radiofrecuencias usando para tal fin una gran Bobina que produciría energía inalámbrica. Durante la demostración que se realizará ante estudiantes, docentes e invitados en general, se demostrará los fenómenos arriba enunciados y la teoría que sostenía Nicola Tesla sobre la energía inalámbrica. 20

5.3 RECURSOS 5.3.1 Humanos - Asesoría de un ingeniero electricista especialista en el campo de potencia eléctrica. - Asesoría de personal técnico conocedor de los materiales para la construcción de la Bobina. 5.3.2 Materiales -

Un (1) Transformador Placas de acrílico Tubo de acrílico Condensadores de 0,1 uF Tubo de cobre cal # 2 Alambre calibre # 22 awg Un (1) descargador o explosor Una fuente de 6 a 12 voltios Motor de 24 v Cobre tornillos Cable de cobre Toroide de aluminio Varillas de acero de 3/16 “ Caimanes Tubo fluorescente Barniz Dielectrico Una extensión Resistencias de 10 kilohmnios

21

6.

RESULTADOS Y DISCUCIÓN

En el presente capítulo se realizará la exposición de cómo se diseñó, paso a paso cómo se construyeron los componentes de la Bobina Tesla, su puesta en funcionamiento y los Manuales de uso y Protocolo de Seguridad. 6.1 DISEÑO DE LA BOBINA DE TESLA A partir de los cálculos efectuados, la selección de materiales y el diseño de un prototipo de Bobina de Tesla, se inició su construcción, así: 6.1.1 Transformador primario. Tomando como información básica los diseños y cálculos empleados para otras Bobinas de mediana capacidad, en el presente trabajo de grado se buscó un Transformador elevador de alto voltaje con bajo nivel de potencia, tal como los que se emplean en el comercio para avisos luminosos, y se partió de valores propios para este tipo de Bobinas como: 9 Kv, 12 Kv, 15 Kv a 30 mA, 60 mA, y 90 mA. Teniendo en cuenta la disponibilidad en el mercado, se adquirió un Transformador marca Allanson, de 15 KV y 30 mA de origen canadiense que reunía las especificaciones requeridas, puesto que el parámetro principal a considerar es la carga nominal del transformador. Para este caso el transformador tiene las siguientes especificaciones: Vp

= 120 V

Vs

= 15.000 V

Ip

=

3.5 A

Is

=

30mA

VA =

Znom = 500 kΩ

450 VA

Donde: Vp = Voltaje primario Vs = Voltaje secundario Ip

= Corriente primaria

Is = Corriente segundaria VA = Potencia en voltiamperios 22

Znom = Carga nominal Figura 2. Transformador Allanson

Foto: Francis Cobo García La carga nominal del transformador se calcula mediante la siguiente fórmula: Znom = Vs = 15000 V = 500.000 = 500KΩ Is 0.03 A A partir de la carga nominal se calcula el capacitor. El capacitor utilizado en este proyecto es de tipo MMC, que es una combinación de múltiples de mini condensadores de alto rendimiento, es creado en serie y paralelo para lograr el voltaje necesario y la capacitancia requerida para el funcionamiento de la Bobina de Testa. La capacitancia requerida se obtiene a partir de la formula: Znom = Xc =

1 = 1 jwC 2 fc

La Capacitancia hallada es: C = 0.0053 µF 6.1.2 Construcción del Capacitor. Con la capacitancia hallada que es de 5.3 x 10-9 nanofaradios, se procede a la construcción de un MMC, o Banco de Condensadores en serie y paralelo. Este Banco de condensadores permite en serie sumar su voltaje y en paralelo dividir su capacitancia. Los condensadores utilizados en este MMC son Condensadores General Electric de referencia 4224102 de 0.1 µF +/- 5 % a una tensión nominal de Un = 3000v. Urms = 750V

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Figura 3. Banco de Condensadores

Foto: Francis Cobo García La fórmula requerida para saber cuántos capacitores de 0.1 µF es como sigue, pero se aplica al tanteo por el número de Condensadores que den la Capacitancia encontrada; en este caso se utilizarán 18 Condensadores conectados en serie: 0.1

µF * 10-6

18 = 5.55*10-9 nano faradios = 0.0055 µF

18 * 3000V = 54.000V = 54 KV De la ecuación anterior se pretende conocer el número de Condensadores requeridos para obtener una Capacitancia de 0.0055 µF y un voltaje suficiente para soportar la tensión del Transformador, que es de 15000v y puede llegar a un pico de 20000v. En consecuencia, este Banco de Condensadores utilizará 18 condensadores conectados en serie y con resistencias de 10 kh en sus terminales para su descarga, siendo este banco de capacitores más que suficiente para esta Bobina de Tesla. 6.1.3 Cálculo de la Bobina Primaria. Para la construcción de Bobinas de Tesla medianas, generalmente por experimentación en otras, se llegó a la conclusión que para obtener un mejor resultado se debe utilizar entre 10 a 15 espiras. En el caso de esta Bobina se emplearán 14 espiras utilizando tubo de cobre. 24

Figura 5. Bobina primaria.

Foto: Francis Cobo García El campo electromagnético generado por el primario deberá concatenar a la Bobina secundaria para transmitir eficientemente la energía, y así excitar el secundario de la Bobina. En la construcción de la Bobina primaria se usará un tap ajustable para darle un espacio entre vueltas. Generalmente el espacio usado en el tap es el ancho del conductor empleado. El conductor usado es tubo de cobre o espiral liso, así:    

No. 2 AWG. Diámetro nominal 6.543mm. Área de 33.62 mm2 Distancia entre vuelta y vuelta del primario 6.7 mm

El concepto de eficiencia está relacionado con una densidad de campo electromagnético y un buen enlace de líneas magnéticas entre la Bobina primaria y la Bobina secundaria. En este tipo de Bobina la fórmula que permite calcular la inductancia, es: L = R * N2 * K R = Distancia del eje central de la bobina a la parte mediana de ella. N = Número de vueltas 25

K = Coeficiente de relación R/C Ó en su relación se utilizará esta fórmula: R2 * N2 8R+ 11C

L =

Donde: L = Inductancia de la bobina en (uH) R = Radio medio de la bobina en pulgadas N = Número de vueltas del devanado C = Ancho de la bobina en pulgadas Para el diseño de la Bobina primaria se debe conocer previamente el diámetro de la Bobina secundaria, y estos diámetros oscilan entre 12 a 20 cm. Se seleccionará para este proyecto un diámetro de 7¨ o 17.78 cm. De igual forma, estos datos se toman de tablas ya existentes de acuerdo con las características de este tipo de Bobinas.   

Diámetro de la bobina en pulgadas 7¨ Relación ( radio-longitud ) 3.5:1 Longitud de la bobina en pulgadas 24.5

Teniendo en cuenta el espacio entre vuelta y vuelta de la Bobina primaria y el diámetro del conductor, el ancho de la Bobina está dado en la siguiente fórmula: C = 2 * Diámetro * Número de vueltas C = 2 * 6.54 * 14 = 183.20mm o 18.3204 cm El radio medio R de la Bobina en espiral será: R = 1 C+ D12+R2 2 D12

=

Distancia entre bobina primaria y secundaria 4 cm

R2

=

Radio del secundario

26

Al convertir los valores R y C a pulgadas se tiene: R = 8.6811 pulgadas C = 7.2127 pulgadas En relación a la bobina primaria la inductancia de la bobina será: L=

R2*N2 8R +11C

=

99.2741uH

Con este valor hallado se calculará la frecuencia de resonancia de la bobina. Cálculo Frecuencia de Resonancia F

= 2

1 * √L.C

= 217.37 khz 6.1.4 Cálculo para la Bobina Secundaria. Cuando se construye la Bobina Secundaria es de importancia conocer las variables relacionadas, como el radio, la longitud y el diámetro de la bobina.   

Diámetro de la bobina secundaria en pulgadas 7” Relación radio-longitud 3.5:1 Longitud de la bobina 24.5

Considerando el diámetro de la bobina, se selecciona el alambre calibre 22 Awq cuyo diámetro es de 0.0253” o 0.06426 cm. Con estos valores conocidos, se selecciona el material sobre el cual se hace el embobinado para el secundario, en este caso se utilizará acrílico, ya que es un material de baja pérdida dieléctrica. El cálculo del número de vueltas para la Bobina secundaria es: N =K*

h d

K = Factor de apilamiento del devanado, y K = 0.896 H = Altura de la bobina D = Diámetro del conductor 27

N = 0.896*

62.23 0.06426

= 867.69 ≈ 869 espiras

La longitud del conductor está dada por: L =

*D * N

L = Longitud del alambre D = Diámetro del alambre utilizado N = Número de vueltas L =

*22*867 = 59922.73 / 100 = 599m Figura 5. Bobina secundaria.

Foto: Francis Cobo García Calculo de la inductancia para la bobina secundaria: L =

R2*N2 = 9R + 10H

3.52* 8672 9 * 3.5 + 10*24.45

L = 3363 donde: L = 33.4 mH El valor de la inductancia es necesario para encontrar la capacitancia requerida por el Toroide. La fórmula para determinar la Capacitancia de una forma en solenoide cilíndrico con los datos obtenidos será: C = 0.29H + 0.41R + 1.94 √R3 28

H C = Capacitancia propia en picofaradios R = Radio de la bobina en pulgadas H = Longitud de la bobina en pulgadas C = 0.29*24.5 + 0.41 *3.5 + 1.94 √ 3.53 24.5 C = 11.1063Pf 6.1.5 Construcción del Toroide. El Toroide es una placa de un Capacitor virtual, cuyo dieléctrico es el aire y la segunda placa es la tierra. En los primeros diseños de Bobinas de Tesla las cargas se llevaban a cabo con esferas u otros elementos que se empleaban como Capacitor; pero con las nuevas Bobinas se vio que los Toroides producían mejores efectos visuales y se implementó su uso. Es decir, el Toroide incrementa la Capacitancia de la bobina secundaria funcionando así: el voltaje de la bobina secundaria es tan alto que se necesita solamente una superficie conductora y el aislamiento dieléctrico de ésta es el aire y su otra placa es la tierra, pero por razones técnicas se hace en forma de toroidal. La bobina secundaria presenta una Capacitancia a tierra, y entre espiras, con el cálculo de esta Capacitancia se podrá obtener el valor requerido de Capacitancia para el Toroide. La fórmula para determinar la Capacitancia de una configuración en solenoide cilíndrico es: C

= 0,29 H + 0,41 R + 1,94 √ Rᵌ H

C

= Capacitancia en picofaradios

R

= Radio de la Bobina en pulgadas

H

= Longitud de la Bobina en pulgadas

C

= 0,29 × 24,5 + 0,41 × 3,5 + 1,94 √

C

= 11,1063 pf

29

3,5³ 24,5

Luego para calcular la Capacitancia en el Toroide se encuentra la Capacitancia total requerida para que el circuito secundario entre en resonancia. Con el valor de la Capacitancia total se resta el valor de Capacitancia de la Bobina secundaria para hallar el valor de Capacitancia que debe tener el Toroide. Capacitancia total: C

=

1 (2π) × f²

×

C

=

C

= 16.050 × 10¯¹² pf

L

1 (2π)² × (217,37 × 10³) ² × (33,4 × 10 ¯³)

Capacitancia requerida por el Toroide: Ct = Cᴛ

Cb2 =

Ct = 16.050 - 11,106 = 4,944 pf = 5 pf La Capacitancia del Toroide está dada como: C = 1.4 *

1.2781 - D2 * √ D2 * D1 C = Capacitancia en picofaradios

(D1-D2)

D1 = Diámetro exterior del Toroide en pulgadas D2 = Diámetro de la sección del Toroide en pulgadas Al obtener el valor de la Capacitancia requerida, para el diseño del Toroide, se necesita hallar los valores de D¹ y D² que se ajusten a esa Capacitancia. En este caso, para obtener una Capacitancia aproximada a la hallada, se encontró que los valores D¹ y D², son: D¹ = 2” D² = 0.5” C = 1.4 *

1.2781 – 0.5 2

* √4 *

(2 – 0.5) = 6.24 pf

30

Figura 6. Toroide de aluminio.

Foto Francis Cobo Sin embargo, para efectos constructivos o de diseño, estos valores podrían variar al momento de la construcción del Toroide. 6.1.6 El Descargador o Spark Gap. Las Bobinas de Tesla vienen provistas de un descargador, cuyo objeto es conmutar rápidamente de circuito abierto a cortocircuito, de esa manera la energía almacenada en el Banco de condensadores se transfiere a la bobina y así comienza la generación de la alta frecuencia. La mayor parte de los descargadores tienen uno o más electrodos que no están conectados eléctricamente y están separados por unos mm de aire. Cuando la tensión supera un umbral dependiente de la geometría del descargador, el aire se ioniza y se produce plasma entre los dos electrodos. El plasma conduce la electricidad de manera muy eficiente comportándose casi como un cortocircuito. Mientras por el plasma esté circulando una cierta corriente, el plasma se mantiene por la propia energía disipada en él. Cuando la corriente baja, el plasma se apaga y de nuevo se comporta como un circuito abierto. A veces los electrodos del descargador están lo suficientemente calientes para que incluso con pequeñas corrientes se mantenga una descarga entre ellos, en otras palabras no llegan a apagarse con lo que la Bobina de Tesla deja de funcionar.

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Figura 8. Descargador, electrodos y regulador de voltaje.

Foto Francis Cobo Construcción de los electrodos del Descargador de la Bobina. Se emplearán dos soportes de acero inoxidable hexagonales estructurados en un torno para poder introducir dentro de ellos varillas de acero inoxidable. Las varillas son de 3/16, miden unos 3 cm y guardan una distancia de separación en mm. Esta distancia se puede variar. Figura 9. Motor con accesorio de teflón y varilla de acero inoxidable.

Foto Francis Cobo En el diseño se incluyó un motor de 12 v con una fuente que varía la velocidad del Motor regulando la tensión. En su parte superior, lleva una varilla de acero aislada 32

con teflón que la separa de las partes del motor, la varilla mide 3 cm, y es por esta parte de la Bobina donde ocurren las descargas. Los elementos van anclados en la parte de abajo de la bobina y reciben el nombre de Descargador Rotatorio. Con este sistema se obtiene un mejor rendimiento de la Bobina. Figura 10. Descargador con varilla de acero inoxidable de 3 cm de largo.

Foto Francis Cobo 6.1.7 Ensamblaje de la Bobina de Tesla. Una vez definidas cada una de las partes integrantes de la Bobina de Tesla, se procederá a su ensamblaje, así: Sobre la lámina de acrílico armada con sus soportes, se anclarán el Transformador, el Banco de Condensadores, el motor y los descargadores. En la parte superior se instalará la lámina de acrílico donde se armó la Bobina primaria, y sobre ésta, en el centro, se ubicará la Bobina secundaria que se realizara en el tubo de acrílico de 7”. Desde la Bobina secundaria en su terminal se instalará un cable que va a tierra. Posteriormente se realizará el conexionado del Transformador al Banco de Condensadores y del Transformador hacia los electrodos. Así mismo, se instalará la alimentación del primario del Transformador a 110 v el cual lleva una protección de un automático termo-magnético de 30 A. En la parte superior de la Bobina secundaria se instalará el Toroide.

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Figura 15. Bobina de Tesla completa.

Foto: Francis Cobo García

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6.2 EXPERIMENTACIÓN DE FENÓMENOS Una vez construida la Bobina de Tesla, se procederá a realizar una serie de pruebas modificando determinados parámetros, con el fin de experimentar algunos de los fenómenos y teorías vistas en clase y bajo determinadas condiciones. PRUEBA FECHA LUGAR TEMPERATURA TIPO DE PRUEBA LOGROS

No. 1 Diciembre 4 de 2010 Bogotá D.C. 10° Conexión directa Encendió inmediatamente, produciendo efluvios de color, con un sonido profundo y continuo

PRUEBA FECHA LUGAR TEMPERATURA TIPO DE PRUEBA LOGROS

No. 2 Diciembre 4 de 2010 Bogotá D.C. 10° Conexión directa – poniendo una tapa de aluminio sobre la Bobina secundaria Se excitó inmediatamente, produciendo efluvios alrededor de la tapa de aluminio, se mantiene la misma coloración y el sonido.

PRUEBA FECHA LUGAR TEMPERATURA TIPO DE PRUEBA LOGROS

No. 3

PRUEBA FECHA LUGAR TEMPERATURA TIPO DE

Diciembre 4 de 2010 Bogotá D.C. 10° Conexión directa – acercando un tubo fluorescente de 20 vatios. Cuando la Bobina está en funcionamiento, al acercar un tubo fluorescente de 20 vatios se logra que se excite cuando está a 30 centímetros de la bobina secundaria. No. 4 Marzo 28 de 2011 Guadalajara de Buga 24° Con conexión adicionándole un Motor de 24 voltios y 35

PRUEBA LOGROS

2 electrodos a una distancia de 2 centímetros. Se logró encender la Bobina, pero se presentó una resistencia en la conexión de las terminales del Banco de Capacitores produciendo recalentamiento. Además, NO se presentaron los efluvios en la Bobina secundaria, sólo en la conexión del Transformador.

Se ensambló la Bobina y en el área del Descargador se le adicionó un Motor de 24 voltios centrado entre los dos (2) electrodos de acero, con el fin de experimentar la brecha de Descarga que se produce al emplear este Descargador rotatorio. Ubicados los electrodos a 2 centímetros del eje del motor, no se produce la ionización del aire entre sus electrodos y por tanto NO funciona la Bobina. La tensión se concentra en los terminales del Banco de condensadores. PRUEBA FECHA LUGAR TEMPERATURA TIPO DE PRUEBA LOGROS

No. 5 Marzo 28 de 2011 Guadalajara de Buga 24° Conexión de la Bobina con el Motor y los 2 electrodos del descargador fijos a 5mm. A una distancia de 5mm de separación se produce el ionizamiento del aire entre los electrodos permitiendo la brecha de chispa y la descarga a la bobina primaria.

Se reposicionaron los electrodos a una distancia de 5 mm del eje del Motor y se puso a funcionar el Descargador rotatorio. De esta forma, logró romper la rigidez dieléctrica y producir las descargas en la Bobina secundaria. En consecuencia se logró que la Bobina produjera efluvios más largos y el sonido emitido fue más intenso, porque con el Descargador rotatorio se hace más eficiente el funcionamiento de la Bobina. PRUEBA FECHA LUGAR TEMPERATURA TIPO DE PRUEBA LOGROS

No. 6 Abril 9 de 2011 Guadalajara de Buga – Institución Técnico Agrícola. 23° Demostración a grupo de estudiantes y docentes de la institución. Se logra mostrar los efluvios que produce la Bobina, despertando en los estudiantes y docentes mayor curiosidad e interés por profundizar sobre conceptos físicos ya que se plantearon muchos interrogantes al 36

ver este aparato en funcionamiento. Se realizó una exhibición ante los estudiantes y docentes de Tecnología Eléctrica de la Institución Educativa Agrícola TPA pertenecientes a varios semestres, quienes se mostraron muy entusiasmados y se cuestionaron ampliamente, lanzando preguntas sobre: ¿Cómo medir el flujo magnético? ¿Por qué si hay tanta tensión en la bobina, se pueden aproximar hasta una determinada distancia lámparas, y sujetarlas con las manos sin que produzcan lesiones? ¿Por qué una lámpara fluorescente se excita mostrando luminosidad, pero no llega a su máxima potencia? Todos estos cuestionamientos motivan al estudiantado a buscar respuestas a sus inquietudes, demostrando así que uno de los objetivos del proyecto se cumplió porque incentiva a la investigación. PRUEBA FECHA LUGAR TEMPERATURA TIPO DE PRUEBA LOGROS

No. 7 Abril 9 de 2011 Guadalajara de Buga – Institución Técnico Agrícola 23C Descargador rotatorio incrementando la alimentación del Motor a 3 v, 6 v, 9 v y 12 v. Ver el funcionamiento del Descargador rotatorio sometido a varias tensiones

Durante la jornada que se realizó ante los estudiantes y docentes de Tecnología Eléctrica de la Institución Técnico Agrícola de Buga, se exhibieron los efluvios y descargas producidas por la Bobina bajo varios parámetros. Sin embargo, después de siete (7) pruebas durante esta jornada, se quemó una resistencia del Banco de condensadores al estar funcionando la Bobina con el Descargador rotatorio. Cuando la bobina secundaria entra en resonancia con la bobina primaria se logra una transmisión de ondas electromagnéticas a alta frecuencia, esto es debido a la brecha de chispa de descarga que se comporta como circuito cerrado y circuito abierto. A mayor tensión en el Motor se incrementan las rpm, esto hace que el comportamiento sea más intenso en su funcionamiento superando así el tiempo de descarga de la tensión por medio de las resistencias en el Banco de condensadores, lo cual produjo fallo en una de las resistencias al someter el Motor a una tensión de 12 voltios. A una tensión de 6 voltios y 9 voltios, la Bobina funciona en condiciones óptimas. 6.3 ELABORACIÓN DE MANUALES

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6.3.1 Manual de Uso. El personal que vaya a manipular la Bobina Tesla debe estar familiarizado con la Alta Tensión y tener conocimientos básicos de electricidad y normas de seguridad en el campo eléctrico. Antes de manipular la Bobina, se debe verificar el conexionado y que la fuente de alimentación del transformador esté desconectada 110 V. Para iniciar la operación y funcionamiento de la Bobina Tesla se debe mantener una distancia de seguridad mínima de un (1) metro. La persona NO debe tener marcapasos, ni ningún tipo de dispositivo electrónico. Dispositivos electrónicos tales como: Celulares, I POD, I PAD, se deben apagar mientras se está operando la Bobina Tesla O mantener una distancia mínima de un metro y medio. Mientras la Bobina Tesla está en funcionamiento, bajo ninguna circunstancia se debe tocar ni el Transformador, ni el Banco de Condensadores. Una vez concluido el uso de la Bobina Tesla el Banco de Condensadores, ni las conexiones se pueden tocar, se espera unos 5 minutos a que el Banco de Condensadores se descargue por medio de sus resistencias. 6.3.2 Protocolo de Seguridad. Las Bobinas de Tesla usan altos voltajes, por lo que el riesgo de muerte o lesión es un factor que debe ser tenido muy en cuenta. Ante esta eventualidad, se sugieren una serie de medidas de seguridad y cuidado de acuerdo con las situaciones que se puedan presentar. PAUTAS GENERALES DE SEGURIDAD Una Bobina de Tesla puede operar con niveles de potencia muy altos, por tanto debe 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. Nunca ajuste una Bobina de Tesla cuando esté encendida la alimentación. Los Condensadores de alta tensión pueden mantener una carga mucho tiempo después de que el interruptor de Encendido está apagado. Descargue siempre los Capacitores antes de ajustar el circuito. Asegúrese de que las cajas metálicas de los transformadores, motores, paneles de control y los elementos relacionados con Bobinas de Tesla estén conectados a tierra. 38

Compruebe que está lo suficientemente lejos de la descarga de corona. No permita que las descargas entren en contacto con objetos metálicos. Los usuarios no pueden entrar en contacto con la tensión de línea de CA., ya que ésta, el transformador de alta tensión y la alta tensión de radiofrecuencia, generados por una Bobina de Tesla son potencialmente letales en sí mismos. Siempre hay que considerar ese peligro extremo y usar la protección adecuada para alta tensión, contactores, dispositivos de seguridad, RF y puesta a tierra de CA, y los procedimientos seguros de operación cuando se trabaja con Bobinas. Se debe utilizar una llave de seguridad en el circuito de baja tensión para evitar el uso no autorizado. El circuito primario de bajo voltaje es muy peligroso. Estas tensiones son letales especialmente para los seres humanos. Asegúrese de que estos circuitos están bien aislados. Nunca opere una Bobina de Tesla en una zona donde haya agua estancada, o cuando haya una descarga eléctrica significativa. No utilice una Bobina de Tesla en presencia de mascotas o niños pequeños. El "Efecto Piel" también se aplica a un conductor humano. Aunque hay muy pocos datos en el rango de 150 a 250 kHz, en los que opera la mayoría de las Bobinas de Tesla, una tensión a una frecuencia de 50-60 kHz, tiene una capacidad mucho mayor a causa de la fibrilación ventricular que produce la corriente continua. Además, de 50-60 kHz, las contracciones involuntarias de los músculos pueden ser tan severas que el individuo no puede dejar la fuente de alimentación. Siempre que sea posible, trabaje con un compañero cerca de usted en caso de requerir ayuda. Coloque una mano en el bolsillo cuando esté cerca de componentes eléctricos, así la corriente no pasará a través de su pecho, y utilice la parte posterior de su mano para tocar cualquier componente eléctrico, de manera que usted pueda alejarse en caso de que lo llegue a “coger”. Nunca manipule una Bobina de Tesla cuando esté cansado o bajo la influencia de drogas que alteran la mente. RIESGO POR QUEMADURAS 39

Las Bobinas de Tesla pueden causar quemaduras, especialmente debido a las descargas de RF de la bobina secundaria. Manténgase alejado de las inmediaciones de una Bobina Tesla. Recuerde que hace zapping con un sistema de bobinas grandes, los efectos de calentamiento pueden ser sobre todo interior, causando daño permanente. Así mismo, recuerde que los platinos y rotondas se calientan y son una fuente potencial de quemaduras. EFECTOS DE LA INDUCCIÓN DE CAMPO Las Bobinas de Tesla operan en un modo pulsado con fuertes campos eléctricos y magnéticos que son producidos localmente. Además, importantes cantidades de RF se pueden producir si la tierra es pobre, o antes de la chispa de arranque. Esto puede dar lugar a corrientes inducidas en conductores de otras partes, como el equipo de prueba, los equipos cercanos, la electrónica, y las estructuras de metal en la instalación. El resultado final es generalmente malo. Apague y desenchufe los equipos de la casa, las computadoras y equipos de prueba sensible, alejándolos de la Bobina. Si se usa el terreno eléctrico de la casa como su tierra de RF, las corrientes pueden ser inducidas en cualquier parte del edificio, y las ondas de tensión permanente a lo largo del cableado pueden destruir la electrónica lejos del lugar de la bobina. Se debe construir una tierra dedicada de RF, asegurándose de que está conectado correctamente antes de disparar cualquier bobina de tamaño considerable. Coloque la Bobina en un lugar donde se evite golpear los enchufes eléctricos con el paso de persona y animales. RIESGO DE INCENDIO El peligro de incendio es considerable cuando se operan Bobinas de Tesla. Los incendios pueden ser causados por chispas de corriente, por sobrecalentamiento, por falla en el equipo (por ejemplo, un transformador en cortocircuito), la descarga de corona, inducidos, solo por nombrar algunas causas, bien sea en techo o paredes. Asegúrese de tener a mano un extintor contra incendios eléctricos. Verifique que al ejecutar la Bobina no haya sustancias inflamables alrededor como: latas de gas, municiones, gasolina, aserrín, fuegos artificiales, etc.

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Por lo general se opera la Bobina en la oscuridad con un montón de cables de alta tensión expuestos, por lo que se debe tener mucho cuidado de no ir a pisarlos o unirlos. Los cables, condensadores, y otros equipos están envueltos en polietileno y plástico. Estos plásticos se encienden a temperaturas relativamente bajas, y producen grandes cantidades de humo tóxico. LOS PELIGROS DEL RUIDO Las Bobinas de Tesla producen mucho ruido, y especialmente las bobinas grandes pueden dañar la audición. Se recomienda utilizar protectores para los oídos, tales como tapones u orejeras. Un tipo de chispa de la brecha de chorro de aire produce un ruido fuerte. Cuando una bobina está en sintonía, hay un aumento dramático en el nivel de ruido. Este ruido es lo suficientemente fuerte para dañar la audición.

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7. CONCLUSIONES El proceso de diseño y construcción de un prototipo de Bobina de Tesla ha significado superar diversos obstáculos y encontrar interesantes sorpresas, ó simplemente comprobar algunos de los conceptos expuestos en clase. Sin embargo, este proyecto no termina con su entrega a la Institución educativa, muy por el contrario es el inicio de una importante etapa que propiciará la investigación y experimentación de diversos fenómenos y teorías por parte de los nuevos estudiantes. Uno de los proyectos a seguir por los estudiantes sería la construcción de una cámara kirlian para poder medir el flujo magnético que emite un ser vivo, investigar sobre las líneas de campo que se producen en esta bobina, entre muchos otros. Se enuncian a continuación algunas conclusiones producto de esta investigación: 1. Para que una Bobina de Tesla funcione en condiciones óptimas la conexión que se realiza del Transformador al Banco de Condensadores, en sus terminales no debe llevar arandelas, ni estar separada, deben ir conectadas directamente para que no se produzca resistencia en sus terminales y esto conlleve a un recalentamiento y daño en el equipo. 2. El alineamiento en los electrodos del descargador debe ser muy preciso y tener una separación de 5mm entre sí, con el fin de que la descarga sea más eficiente, pues se comprueba como ellos calientan el aire y forman un plasma entre sí. 3. Debido a la alta frecuencia generada por las Bobinas, los dispositivos electrónicos como cámaras, celulares u otros, deben conservar una distancia mínima de seguridad hasta la Bobina secundaria; pues al momento de encenderla estos dispositivos electrónicos se apagan automáticamente (Como sucedió al hacer el registro fotográfico de uno de los experimentos realizados) o se dañan si están muy cerca. 4. Cuando la bobina secundaria entra en resonancia con la bobina primaria se produce un campo magnético y todo el circuito se concatena, produciendo en la bobina secundaria una transmisión de ondas de alta frecuencia y un elevado voltaje, así como la ionización del aire. Esto permite observar efluvios en forma de rayos.

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5. Al acercar una lámpara fluorescente a 30 centímetros de la Bobina ésta se excita y muestra luminosidad. Dependiendo de los vatios de la lámpara, presenta más o menos luminosidad. 6. Cuando está en funcionamiento la Bobina es tan alta la tensión que se genera en el Capacitor que al aproximar cualquier objeto a través de éste la persona siente la tensión en forma de hormigueo en la piel. 7. Una vez realizados los experimentos ante los estudiantes y docentes de la institución, se evidencia el gran interés y motivación por continuar investigando estos fenómenos a fin de poder profundizar y experimentar las teorías vistas en clase. Finalmente, se pudo realizar una serie de experimentos que comprueban lo expuesto por el inventor de esta Bobina Nicola Tesla, sobre la posibilidad de producir energía inalámbrica, pero es un campo en el cual se debe investigar mucho más.

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BIBLIOGRAFÍA BASSI RAMÍREZ EMILIO, MONDRAGÓN VICTOR. Simulación del efecto coronay ensayos de rigidez dieléctrica. Santiago de Cali, 1987. Trabajo de grado. Universidad Autónoma de Occidente, Programa de Ingeniería Eléctrica. B. T. PHUNG, T. R. BLACKHUM, R. SHEEBI, R. E. JAMES. Tesla Transformer and Aplication in insulator testing. En: 7 th internacional symposium on high voltage engineering, University of New South Wales, Australia, Agosto 26-30 1991. CORDERO S. PATRICIO. Electromagnetismo. Santiago de Chile, 2007. Investigación. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. GARCÍA FRANCISCO JAVIER. Diseño y Construcción de una Bobina Tesla. Santiago de Cali. Trabajo de Grado. Universidad del Valle, Facultad de Ingeniería Eléctrica. GRAINGER JOHN J. STEVENSON JR. WILLIAM. Análisis de Sistemas de Potencia. Mc Graw Hill, 1996, México D. F. primera edición, capítulo 2. HAYT H. WILLIAM. Teoría Electromagnética. Mc Graw-Hill, 1992, México D. F. Quinta edición, capítulo 5. www.richieburnett.co.uk/tesla www.geocities.com/lemagicien-2000/tepage/tcc/teslacalc

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ANEXOS

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ANEXO A: BIOGRAFÍA DE NIKOLA TESLA Figura. Nikola Tesla

Nació el 10 de julio de 1856 en el pueblo de Smiljan, Imperio Austríaco (Croacia). Es considerado uno de los más importantes inventores de la historia, por su pasión por la física, las matemáticas y la electricidad, revolucionó la teoría eléctrica sobre la corriente alterna. Murió en New York, Estados Unidos, el 7 de enero de 1943. Tesla, podría ser considerado el mayor científico y el mejor inventor de la historia. Contó con varias creaciones, se dice que llegó a inventar entre 700 y 1600 dispositivos, de los cuales la gran mayoría se desconocen. Entre los más destacados y que han llegado al conocimiento del público en general, podemos mencionar: Bobina de Tesla, transferencia inalámbrica de energía, tecnología de radar, control remoto, transmisión de vídeo e imágenes por métodos inalámbricos, Rayos X, avión de despegue vertical (Tesla fue el verdadero inventor del primer avión), métodos y herramientas para el control climático, lámpara fluorescente, y una posible máquina para causar terremotos. Fue un gran genio como pocos, no pudo ser capaz de obtener beneficio de sus creaciones y llegó a ver a otro hombre Marconi, recibir el premio Nobel por la aplicación de varios de sus inventos. 46

Ha sido relacionado con experimentos extraños, armas secretas y teorías irrealizables que parecían de demencia. Además del electromagnetismo y la ingeniería eléctrica su trabajo abarcó múltiples disciplinas tales como la robótica, la balística, la mecánica, la ciencia computacional y la física nuclear y teórica que le permitieron incluso poner en tela de juicio algunas de las teorías de Einstein. Sus inventos prácticos y funcionales son los cimientos de la civilización tecnológicamente avanzada de una manera tan elemental que de Tesla se ha llegado a decir que fue el hombre que inventó el Siglo XX.

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ANEXO B: Figura .Descarga de efluvios.

Figura Efluvios en la conexión del Transformador.

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Para esta primera prueba se procedió a ensamblar la bobina sin anclar sus piezas, es decir se conectó el Transformador directamente al Banco de Condensadores y de allí a la Bobina primaria. Al energizar el Transformador inmediatamente se excitó la Bobina despidiendo efluvios tanto en la parte de la conexión del Transformador, como en el área superior de la Bobina secundaria despidiendo un rayo en forma de rama. Los efluvios van del color azul al violeta. El sonido que produce es un zumbido profundo y continuo de moderada intensidad.

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ANEXO C: Figura 18. PRUEBA No. 2. Efluvios alrededor de tapa de aluminio.

Al comprobar que efectivamente la Bobina funciona de manera correcta se procedió a realizar pruebas con otros elementos. Para esta, se puso una tapa de aluminio sobre la Bobina secundaria para ver que sucedía con los efluvios. Efectivamente se producen alrededor de la tapa y mantienen la misma coloración.

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ANEXO D: Figura Bobina de Tesla apagada a la cual se le acerca un tubo fluorescente.

Figura En la secuencia de fotos (con las luces apagadas), se aprecia como al encender la Bobina de Tesla y acercar a 20 centímetros de distancia un tubo fluorescente se excita.

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Figura

Detalle del tubo fluorescente excitado por la Bobina.

Una de las teorías que planteó Nicola Tesla y causó gran revuelo en su generación, fue que era posible la transmisión de energía eléctrica inalámbrica a partir de una Bobina de Tesla. En el experimento No. 3 se dispuso de un tubo fluorescente de 20 vatios, el cual se fue acercando gradualmente a la bobina excitada, desde 1 metro de distancia, luego a 70, 50 y 30 centímetros aproximadamente. Logrando que a partir de 30 centímetros de distancia el tubo empezara a excitarse y a 20 centímetros se excita totalmente.

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ANEXO E: Figura

Exhibición ante un grupo de estudiantes y docentes de Tecnología Eléctrica de la Institución Técnico Agrícola.

Figura 24. PRUEBA No.6. El ingeniero José Alberto Muñoz docente de la institución educativa haciendo demostración.

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