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PROYECTO DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DE
UNA BOBINA TESLA
DE 15KV EN EL
PRIMARIO PARA EL
LABORATORIO DE
ALTA TENSION DE LA
UNIVERSIDAD
POLITECNICA
SALESIANA SEDE
CUENCA
PROYECTISTAS:
FABRICIO VILLAMAR ERASDANNY HURTADO ROMERO
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOBINA TESLA DE 15KV EN EL
PRIMARIO PARA EL LABORATORIO DE ALTA TENSION DE LA UNIVERSIDAD
POLITECNICA SALESIANA SEDE CUENCA
MEMORIA TÉCNICA DESCRIPTIVA
1. DATOS GENERALES
A.- SITUACIÓN GEOGRAFICA: CUENCA
B.- PARROQUIA: EL VECINO
C.- PROPIETARIO: UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA SEDE CUENCA
D.- DIRECCIÓN: CALLE VIEJA Y ELIAS LIUT
E.- PROYECTISTAS: FABRICIO VILLAMAR ERAS
DANNY HURTADO ROMERO
2. ANTECEDENTES
Actualmente el Laboratorio de Alta Tensión de la Universidad Politécnica Salesiana
Sede Cuenca, no cuenta con una tecnología capaz que los estudiantes, puedan
observar el fenómeno de disrupción parcial del aire ante los elevados voltajes, para
lo cual se propone el diseño y construcción de una Bobina Tesla con niveles de
tensión de 1kV y aproximadamente 30mA. Para esto, se prevé hacer un análisis
matemático que relacione las variables eléctricas de tensión, corriente y potencias
necesarios, para el diseño y posteriormente construcción de la Bobina Tesla.
Finalmente, se realizarán pruebas de laboratorio necesarias para garantizar el
correcto funcionamiento de la Bobina Tesla, de tal manera que brinde la
confiabilidad suficiente para su uso en el Laboratorio de Alta Tensión por parte de
los estudiantes que realizan experimentos en dicho laboratorio.
2. OBJETIVOS
2.1GENERAL.
Diseñar y Construir una Bobina Tesla con niveles de tensión en el
primario de 15kV y 30mA aproximadamente, para el Laboratorio de Alta
Tensión de la Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca.
2.2ESPECIFICOS.
Describir el funcionamiento de una Bobina Tesla y sus efectos
electromagnéticos presentes en la disrupción.
Diseñar y construir una Bobina Tesla con nivel de tensión en el
primario de 15kV y 30mA, aproximadamente.
Realizar prueba de calibración de resonancia electromagnética de la
bobina.
Comprobar el funcionamiento de la Bobina Tesla.
3. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
FUNCIONAMIENTO DE LA BOBINA TESLA.
La fuente de alimentación de alto voltajes es la cargada de proporcionar la potencia principal
para el funcionamiento de nuestra bobina, una vez que entra en funcionamiento se tiene una
corriente a través de la fuente y del condensador, 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 puente que
cierra el circuito condensador – bobina primaria… y entonces se originan los pulsos de alta
frecuencia.
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 electrónica hacia el espacio circundante. Así se producen las descargas
que observamos al poner uno de estos aparatos en funcionamiento.
TRANSFORMADOR ELEVADOR.
Es el encargado de elevar de bajos niveles de voltaje a medianos niveles de voltajes
además que se encarga de dotar de parte de la energía que necesita la bobina Tesla para
su funcionamiento.
BOBINA DE CHOQUE.
Debido a que se pueden producir corrientes de cortocircuito en el secundario se ha visto
necesario implementar bobinas de choque los mismos que limitaran la corriente hacia el
primario y así de esta forma se podrá evitar dañar los componentes.
DESCARGADOR.
Cumplen la función de un interruptor en alto voltaje, el cual se cierra cuando la diferencia de
potencial entre sus partes es capaz de vencer el dieléctrico del aire, y poder cerrar el
circuito.
CAPACITOR PRINCIPAL.
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.
BOBINA PRIMARIA.
La bobina primaria y el condensador primario forma el circuito primario. Este circuito
resonante paralelo es responsable de la generación de oscilaciones de RF en el
sistema de la bobina Tesla cada vez que se den los chispazos.
BOBINA SECUNDARIA.
A través de la bobina secundaria se dan los elevados voltajes que producen las disrupciones
en el aire.
TOROIDE.
En este componente concentra la anergia producida por la bobina Tesla, y a través de la
cual se observa el efecto corona y las disrupciones en el aire.
4. APLICACIONES.
Prueba de Aisladores de alta tensión.
Las Bobinas Tesla se pueden utilizar para prueba de aisladores de protección para alta
tensión, ya que las descargas producidas por las Bobinas Tesla son muy parecidas a las
perturbaciones transitorias que se dan en sistemas de potencia, como los arcos a tierra
producidos en maniobras de encendido.
Generación de Pulsos de alta frecuencia.
Las fuentes que generan pulsos de alta tensión con una tasa de repetición alta son muy
utilizadas para diferentes problemas. Por ejemplo, pueden ser utilizadas para generar
radiación electromagnética para medir objetos con una gran precisión o pulsos de
microondas con 3 cm de longitud de onda.
Se han publicado numerosos artículos remarcando el uso de Bobinas Tesla en generadores
relativistas de rayos de electrones. Su principal ventaja frente al generador de Marx es la
alta tasa de repetición de los pulsos y el bajo coste debido al reducido número de
condensadores necesarios. Se tiene constancia de uso de Bobina Tesla en algunos
aparatos portátiles de tubos de rayos catódicos y tubos de rayos X, usados para análisis de
joyas y minerales y para radiografías rápidas en campo abierto.
Investigación sobre rayos.
La investigación sobre las descargas naturales de rayos ha estado motivada por el deseo de
evitar accidentes espectaculares, como los que han ocurrido a lo largo de las historia. La
Bobina Tesla nos permite realizar experimentación con pararrayos a escala y observar el
comportamiento de estos ante las descargas producidas por la bobina.
Efecto corona.
Una Bobina Tesla nos permite apreciar el efecto corona, que se produce cuando los niveles
de tensión en un objeto supera la tensión de ruptura del medio dieléctrico, en el caso de la
Bobina Tesla, cuanto menor sea el radio de la toroide mayor número de descargas por el
efecto corona se tendrán, este fenómeno se lo aprecia en forma de luces y rayos alrededor
del toroide. En las líneas de transmisión de alto voltaje este fenómeno no es deseado, ya
que implica perdidas de energía así como el calentamiento del conductor.
Energía Inalámbrica.
Los altos niveles de potencial y el campo eléctrico que se producen en una Bobina Tesla,
producen la transmisión de energía a través del aire que llega hasta un tubo fluorescente
que se encuentra a cierta distancia. El tubo fluorescente es encendido debido a la energía
proporcionada por la Bobina Tesla.
5. DESCRIPCION DEL PROYECTO.
Para la realización de este proyecto tenemos previsto la realización de una Bobina Tesla de
media potencia y que en el primario tenga 15KV, aunque el laboratorio de alta tensión
cuenta con algunos equipos, el objetivo de nuestro proyecto es fortalecer el laboratorio de
alta tensión con un equipo didácticos con el propósito de que el aprendizaje de los jóvenes
estudiantes sea significativo.
MATERIALES NECESARIOS
PARTE MATERIAL
Transformador elevador tension, 120v/15Kv
Cable flexible #10
Terminales, bornes
CAPACITOR PRINCIPAL Capacitor 5.3 nF
SPARK GARPS esferas de acero, tuncsteno o cobre
BOBINA SECUNDARIA
Tubo pvc 4"
cable de cobre esmaltado
barniz aislante
BOBINA PRIMARIA
Alambre de cobre desnudo
Conectores
Base de acrilico
TOROIDE Acero
TRANSFORMADOR ELEVADOR
EQUIPOS
Osciloscopio.
Transformadores de medida.
Transformador de corriente (tc).
Transformador de potencial (tp).
Multímetro.
6. ANEXOS
Se adjunta al presente proyecto los siguientes anexos:
1. ANEXO 1: Lista materiales y presupuesto referencial
2. ANEXO 2: Cronograma de actividades
3. ANEXO 3: Planos.
4. ANEXO 4: Proformas.
ANEXO 1.
PRESUPUESTOComponente Materiales Precio unitario $ Cantidad Total $Fuente alimentación Fuente alimentacion $238.00 1 $238.00Bobina de choque $40.00 1 $40.00Capacitor $12.00 6 $72.00Descargador $30.00 2 $60.00Bobina primaria $60.00 1 $60.00Bobina secundaria $50.00 1 $50.00Toroide $160.00 1 $160.00Base de acrilico $90.00 1 $90.00Cableado $26.00 1 $26.00Hojas de papel bond $3.75 2 $7.50
Imprevistos $199.00
TOTAL $1,002.50
ANEXO 2.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
ActividadesSemanas
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Diseño de la Bobina Tesla Adquisición de materiales
Construcción bobina primaria
Construcción bobina secundaria
Construcción Toroide Acoplamiento de las partes Pruebas de funcionamiento y sincronización
Comprobación de los parámetros de la bobina
Informe en Látex
Entrega de la Tesis
ANEXO 4
Fuente de alimentación 120v/15kv, Localidad Estados Unidos.
http://www.ebay.com/itm/NEW-Franceformer-15kV-30Ma-Neon-Transformer-Gaseous-Tube-Power-Supply-w-
Warran-/121030219757?pt=BI_Circuit_Breakers_Transformers&hash=item1c2df697ed#shId
Capacitor, Localidad Estados Unidos.
http://www.ebay.com.au/itm/New-ASC-X675-015uF-8KV-High-Voltage-Capacitor-HV-Tesla-Coil-Ham-/
251017421332?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item3a71cde214&_uhb=1
Toroide (Referencia de lo que costaría realizar uno en el país)
http://www.ebay.com/itm/3-x-12-Toroid-Tesla-Coil-Neon-Transformer-/360598462763?
pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item53f557e12b
Descargadores (Referencia de lo que costaría realizar uno en el país)