INGENIERIA ELECTROMECANICA

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

HECTOR GARCIA MELCHOR

PROYECTO: BOBINA DE TESLA

TERCER SEMESTRE

Integrantes: Nmero de Control:

Aquileo Justo Ramos 12570166

Juan Carlos Martnez Galeana 12570159

Jos Aurelio Hernndez Buenrostro 12570174

Juan Carlos Garca Martnez 12570006

Jairo Aldair Aparicio Camacho 12570168

Jueves 12 de Diciembre del 2013

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NDCE

TEMAS PG.

INTRODUCCION 1. ANTECENDENTES DEL PROYECTO

1.1 OBJETIVO 1.2 JUSTIFICACIN 1.3 MATERIAL Y EQUIPO 1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES 2. MARCO TEORICO 2.1 LA BOBINA DE TESLA 2.1.1 Inventor de la Bobina de Tesla 2.1.2 BIOGRAFIA DE NIKOLA TESLA 2.2 HISTORIA DE LAS PRIMERAS BOBINAS,USO Y PRODUCCION 2.2.1 Uso y produccin 2.2.2 Configuracin alternativa de una bobina Tesla 2.2.3 Transmisin 2.2.4 Seguridad y precauciones 2.2.5 Descargas areas 2.2.6 Recepcin 2.2.7 Casos y dispositivos 2.3 CONCEPTOS BASICOS 2.3.1 SISTEMAS ELECTRICOS 2.3.2 LEYES BASICAS DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS 2.4 DESARROLLO DEL PROYECTO CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

4 5 5 6 6 7 7 7 8 13 17 17 17 18 19 20 22 28 30 32 37 38

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NDCE DE M GENES

TEMAS PG.

Fig.1 Retrato Fig.2 Nikola Tesla Fig.3 Bobina antigua Fig.4 Tesla el inventor Fig.5 Proyecto Wardenclyffe Fig.6 Esquema de circuito de la bobina Fig.7 Transformador Fig.8 Bobina primaria Fig.9 Bobina secundaria Fig.10 Bobina sec. Fig.11 Bobina prim. Fig.12 Proyecto vista Fig.13 Transformador Fig.14 Capacitores Fig.15 Capacitores Fig.16 Transformador Fig.17 Funcionamiento Fig.18 Conexin Fig.19 Vista del rea de trabajo

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INTRODUCCION

En este proyecto nos ayudamos del cientfico Nikola Tesla, un brillante ingeniero que

vivi en la segunda mitad del siglo pasado y a principios de ste y que en 1891,

desarroll un equipo generador de alta frecuencia y alta tensin con el cual pensaba

transmitir la energa elctrica sin necesidad de conductores.

Tesla es el inventor de la corriente trifsica y de los motores de induccin, que mueven

en el presente todas nuestras industrias. En 1891 patent lo que un da podra

convertirse en su ms famosa invencin: la base para la transmisin inalmbrica de

corriente elctrica, conocido como la Bobina Transformadora Tesla.

Entre sus logros figuran la invencin de la radio, el motor de corriente alterna, luchaba

por la investigacin de un estndar elctrico, la lmpara de pastilla de carbono (luz de

alta frecuencia), el microscopio electrnico, un avin despegue y aterrizaje vertical, la

resonancia, el radar, el submarino elctrico, Bobina de Tesla, Rayo de la muerte,

control remoto, Rayos X, mtodos y herramientas para el control climtico, transmisin

de video e imgenes por mtodos inalmbricos, transferencia inalmbrica de energa,

sistemas de propulsin de medios electromagnticos.

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CAPITULO 1. ANTECEDENTES DEL PROYECTO

1.1 OBJETIVOS

Mediante la construccin de una bobina de tesla se pretende crear un sistema anti robo

funcional para proteger una caja fuerte.

Las bobinas de tesla generan descargas elctricas de gran alcance gracias a la

transferencia elctrica entre la bobina primaria y secundaria as como en el aire que

circula alrededor de ella, lo cual ser aprovechado para generar una pantalla de

corriente que pueda funcionar tan efectivamente haciendo que el intruso reciba un

choque elctrico, haciendo que ste desista de su intento por ingresar al permetro

protegido.

Para proteger la caja fuerte es fundamental que la pantalla de corriente tenga un

volumen mayor al de sta por lo cual se necesita de una fuente de poder que aporte

aproximadamente 1000 watts ya que esta potencia puede generar descargas de

aproximadamente 20 centmetros. De no ser as se necesitar de un transformador que

aporte mayor energa o en su defecto de conectar dos fuentes de menor voltaje en

serie.

1.2 JUSTIFICACIN

En este proyecto usaremos la Bobina de Tesla aplicado a una caja fuerte. La caja

fuerte es un compartimento de seguridad que ha sido inventado para que su apertura

sea muy difcil para personas no autorizadas y as poder guardar elementos de valor.

La caja fuerte puede ser abierta si no se tiene la suficiente tecnologa, as que

usaremos la bobina de Tesla, esta es colocada a lo alto de la caja fuerte. Para

conseguir la pantalla protectora de miles de voltios utilizan una vara de metal que gira

alrededor de la caja fuerte; as los objetos de valor sern guardados con mayor

proteccin. Decidimos hacer este proyecto porque tiene mucho que ver con este tema

de elementos elctricos, adems que es un tema totalmente relacionado con la

ingeniera y se puede ver su aplicacin cuidando cosas importantes de una manera

original dejando atrs las llaves y las cerraduras, es una nueva forma de cuidar lo

importante.

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1.3 ALCANCES Y LIMITACIONES

Ciertamente las precauciones nunca estn de ms en la elaboracin de este

experimento puesto que funciona con electricidad por lo tanto las limitantes seria quiz

el equipo ms adecuado, falta de presupuesto, etc.

1.4 MATERIAL Y EQUIPO

A continuacin un listado del material y equipo utilizado en la elaboracin de este

reporte para la fabricacin de la bonina de Tesla.

Alambre Calibre 22

Alambre Calibre 10

Tubo de PVC

Acetatos

Aluminio

Angulo

Conectores

Un Foco

Tornillos

Madera de 30x30 cm

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CAPITULO 2. MARCO TEORICO

2.1 LA BOBINA DE TESLA

Una bobina de Tesla (tambin simplemente: bobina tesla) es un tipo de transformador

resonante, llamado as en honor a su inventor, Nikola Tesla. Las bobinas de Tesla

estn compuestas por una serie de circuitos elctricos resonantes acoplados. En

realidad Nikola Tesla experiment con una gran variedad de bobinas y configuraciones,

as que es difcil describir un modo especfico de construccin que satisfaga a aquellos

que hablan sobre bobinas de "Tesla". Las "primeras" bobinas y las bobinas

"posteriores" varan en configuraciones y montajes. Generalmente las bobinas de Tesla

crean descargas elctricas de largo alcance, lo que las hace muy populares entre los

entusiastas del alto voltaje.

2.1.1 Inventor de la Bobina de Tesla

Como bien se podr imaginar el nombre de bobina de Tesla se debe en honor a su

inventor Nikola Tesla

fig. 1. Retrato (fuente: http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla//)

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Ya antes de que desaparezcan muchas generaciones, nuestras mquinas

Van a ser movidas por la fuerza desde cualquier lugar del universo!

En todo universo existe energa.

2.1.2 BIOGRAFIA DE NIKOLA TESLA

Nikola Tesla naci el 10 de julio de 1856 en un pequeo pueblo llamado Smillan

(Croacia). Su padre fue un sacerdote ortodoxo. Estudi en Gratz y Viena y termin su

educacin en Pars.

El fsico serbo-norteamericano trabaj desde 1884 como asistente de Thomas Edison.

Ms tarde cre su propio laboratorio en Nueva York.

En 1891, ya haba inventado una buena cantidad de dispositivos de gran utilidad.

Tesla en una rueda de prensa anunci un motor de rayos csmicos. Cuando se le

pregunt si era ms poderoso que el radimetro Crooke, l contest, miles de veces

ms poderoso.

En 1891 patent lo que un da podra convertirse en su ms famosa invencin: la base

para la transmisin inalmbrica de corriente elctrica, conocido como la Bobina

Transformadora Tesla.

fig. 2 Nikola Tesla (fuente; http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla/)

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Nikola valoraba que sus inventos ayudaran a la humanidad por encima de cualquier

premio o reconocimiento, incluso econmico; lo que en aquella poca y mucho menos

hoy da, ningn cientfico o inventor estara dispuesto a ofrecer a la sociedad. Y ste y

no otro, fue su error. Su corazn era tan grande como su inteligencia y sus inventos,

muchos de ellos fueron olvidados por la pobreza en que vivi su ltima etapa en la vida.

Tesla estaba fascinado por la energa radiante y su posibilidad de convertirse en

energa libre y gratuita. Saba que era posible tomar energa directamente

conectndose a la verdadera fuerza de la naturaleza.

La nave Tierra, necesitaba un plan de vuelo moderno. Tesla quera ayudar a las

naciones menos privilegiadas. Saba, y no ha cambiado nada, que miles de personas

mueren de hambre al da, muchos de ellos nios.

Los que dirigen nuestra economa, pensaba Nikola, en el mundo occidental, nos

permite disfrutar de un alto estndar de vida, de placer comparado con nuestros

vecinos al sur de la lnea imaginaria que llamamos lmite.

La energa dirige la economa de las naciones y la meta de vida de Tesla, fue hacer la

energa elctrica igualmente accesible y disponible para todas las personas en

cualquier lugar del planeta y eso le hundi, le seal

Fue objeto directo de ataques personales, de intentos de manchar su brillante carrera,

de aislarlo en la ms absoluta de las miserias. Sin embargo, ante las adversidades,

continu promoviendo su plan para la transmisin inalmbrica de energa.

Porqu an la energa no ha sido hecha de igual acceso para todas las personas y

todas las naciones? Por qu nunca se han materializado los tan recomendados

dispositivos de energa libre descritos por Tom Bearden, Jhon Bedini, Bruce Desalma y

otros? [1]

fig. 3 Bobina antigua (http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla/)

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.

Nikola era un hombre lleno de contrariedades, serio y reservado, pero tambin

encantador. Aunque era solitario, saba atraer a la gente que le rodeaba. Delgado y

alto, siempre vestido perfectamente, con su postura aristocrtica y con elegancia,

llamaba la atencin. Muri a los 86 aos.

Sus inventos y teoras fueron olvidados a conciencia. Por qu? Qu ocurri en

realidad? Quin quiso que sus inventos cayeran en el olvido?

Durante una temporada Tesla trabaj con Edison y le admiraba. Pero Edison no le

respetaba a l, le haca trabajar 18 horas al da durante los siete das de la semana

solucionando los problemas tcnicos que se le presentaban.

fig. 4 Tesla el inventor (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx/)

Tesla describi cmo poda mejorar el efecto del generador de Edison, ste respondi:

Le dar 500 dlares si usted logra hacerlo.

Tras meses de trabajo Nikola lo logr. Edison, sin darle el dinero prometido, dijo: Tesla,

usted no entiende el sentido del humor de los norteamericanos. Ante ello, Tesla se

despidi. Edison envidiaba el gran cerebro de Tesla y su arma era la humillacin.

Comenz a trabajar entonces en la construccin y ms tarde cre su propio laboratorio.

Pero los monopolistas de energa tenan mucho poder y nadie quera cambios. Tesla

deca que poda transmitir noticias y energa sin usar alambres, pero los magnates

banqueros (os suena?) ya haban comprado las minas de cobre para cubrir gran parte

del pas con redes de cables para la distribucin de la energa.

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Tesla sigui desarrollando la transmisin de energa gratuita por todo el mundo en el

laboratorio que construy en 1889 en las montaas de Colorado Springs.

Cre una torre de alta tensin para demostrar el transporte de energa sin cable y

gratuito y al pedir ms dinero para seguir con las investigaciones, se lo denegaron con

intencin premeditada.

El proyecto Wardenclyffe, as llamado, tuvo que ser abandonado por falta de

presupuesto y su torre destruida.

fig. 5 proyecto Wardenclyffe(fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)

En 1934 Tesla fue entrevistado en The Times y dijo: Espero vivir el tiempo suficiente

hasta ser capaz de colocar un aparato en esta habitacin que se ponga en marcha con

la energa de los medios que se mueven alrededor.

Cuando Nikola falleci, sus grandes inventos de los diez ltimos aos fueron olvidados

y, deliberadamente, se hizo que se le recordara por su excentricidad.

Dos hechos importantes hicieron caer sobre l todo el peso de la ignorancia: Su

negativa a enviar cualquier artculo a la comunidad acadmica haciendo que sta se

opusiera a todos sus inventos por magnficos que fueran; y su constante preocupacin

por obtener una energa libre, gratuita para todo el mundo, algo que lgicamente los

amos y seores del poder econmico no estaban dispuestos a permitir en un mundo ya

canalizado para ser explotado slo por ellos.

A su muerte la historia manipulada intento borrar su huella y exaltar a hombres como

Edison que fue proclamado el padre de la energa y que se uni sin reparo a las crticas

contra Tesla a pesar de que sin l, Edison no hubiera sido nadie.

En 1901 Marconi envi su famosa radio seal diciendo haber inventado la radio. Pero

utiliz 17 patentes de Tesla y la Corte Suprema corrigi el error en 1943 despus de la

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muerte de Tesla. A pesar de este veredicto, la historia se ha encargado de borrar a

este gran hombre que trabajaba para la humanidad y no para su propio beneficio o el

de unos pocos. Fue a contracorriente y le marcaron el destino del olvido.

Nikola Tesla crea en sus inventos para beneficio de la humanidad. Por eso no estaba

de acuerdo con la industria de aquella poca, que vea sus trabajos cmo un gran

peligro para las fuentes de ingreso.

La situacin no ha cambiado hoy da. Las multinacionales no permiten que se conozca

o que se ponga en prctica la obra de Tesla. Cometeran un suicidio si los inventos de

este gran hombre se fabricaran.

Entre sus logros figuran la invencin de la radio, el motor de corriente alterna, luchaba

por la investigacin de un estndar elctrico, la lmpara de pastilla de carbono (luz de

alta frecuencia), el microscopio electrnico, un avin despegue y aterrizaje vertical, la

resonancia, el radar, el submarino elctrico, Bobina de Tesla, Rayo de la muerte,

control remoto, Rayos X, mtodos y herramientas para el control climtico, transmisin

de video e imgenes por mtodos inalmbricos, transferencia inalmbrica de energa,

sistemas de propulsin de medios electromagnticos (son necesidad de partes

mviles), extraccin de energa en grandes cantidades desde cualquier punto de la

Tierra, etc.

Debi de ser considerado el mayor cientfico y el mejor inventor de la historia.

Tesla muri solo, olvidado, abandonado, como todos los grandes sabios de la historia

de la humanidad, en la habitacin de su hotel a los 86 aos. Fue encontrado por una

limpiadora al da siguiente.

Ese mismo da, en plena Segunda Guerra Mundial, el FBI se encarg de requisar todos

sus materiales, cajas, cuadernos de notas, crendose el Informe Tesla y realizando

registros en aquellos lugares donde Nikola Tesla pudiera tener anotaciones o

referencias de sus inventos.

Hoy da, todo su trabajo sigue bajo secreto de estado. Por qu? De qu tienen

miedo? Poseen el secreto de la energa libre y gratuita inventada por Tesla y no es

conveniente que caiga en manos de la sociedad porque se rompera todo el esquema

econmico que nos han impuesto las multinacionales y el poder econmico? [2]

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2.2 HISTORIA DE LAS PRIMERAS BOBINAS,USO Y PRODUCCION

El American Electrician da una descripcin de una de las primeras bobinas Tesla,

donde un vaso acumulador de cristal de 15 cm por 20 cm es enrollado con entre 60 y

80 vueltas de alambre de cobre No. 18 B & S. Dentro de este se sita una bobina

primaria consistente en entre 8 y 10 vueltas de cable AWG No. 6 B & S, y el conjunto

se sumerge en un vaso que contiene aceite de linaza o aceite mineral.1

Bobinas "Tesla" disruptivas : En la primavera de 1891, Tesla ofreci una serie de

demostraciones con varias mquinas ante el American Institute of Electrical Engineers

del Columbia College. Continuando las investigaciones iniciales sobre voltaje y

frecuencia de William Crookes, Tesla dise y construy una serie de bobinas que

produjeron corrientes de

alto voltaje y alta frecuencia. Estas primeras bobinas usaban la accin "disruptiva" de

un explosor (spark-gap) en su funcionamiento. Dicho montaje puede ser duplicado por

una bobina Ruhmkorff, dos condensadores, y una segunda bobina disruptiva,

especialmente construida.2

La bobina de Ruhmkorff: alimentada a travs de una fuente principal de corriente, es

conectada a los capacitores en serie por sus dos extremos. Un spark gap se coloca en

paralelo a la bobina Ruhmkorff antes de los capacitores. Las puntas de descarga eran

usualmente bolas metlicas con dimetros inferiores a los 3 centmetros, aunque Tesla

utiliz diferentes elementos para producir las descargas. Los capacitores tenan un

diseo especial, siendo pequeos con un gran aislamiento. Estos capacitores

consistan en placas mviles en aceite. Cuanto menor eran las placas, mayor era la

frecuencia de estas primeras bobinas. Las placas resultaban tambin tiles para

eliminar la elevada auto inductancia de la bobina secundaria, aadiendo capacidad a

esta. Tambin se colocaban placas de Mica en el spark gap para establecer un chorro

de aire a travs del gap. Esto ayudaba a extinguir el arco elctrico, haciendo la

descarga ms abrupta. Una rfaga de aire se usaba tambin con este objetivo.3

Los capacitores se conectan a un circuito primario doble (cada bobina en serie con un

capacitor). Estos son parte de la segunda bobina disruptiva construida especialmente.

Cada primario tiene veinte vueltas de cable cubierto por caucho No. 16 B & S y estn

enrollados por separado en tubos de caucho con un grosor no inferior a 0,3 cm. El

secundario tiene 300 vueltas de cable magntico cubierto por seda No. 30 B & S,

enrollado en un tubo de caucho, y en sus extremos encajado en tubos de cristal o

caucho. Los primarios tienen que ser suficientemente largos como para estar holgados

al colocar la segunda bobina entre ambos. Los primarios deben cubrir alrededor de 5

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cm. del secundario. Debe colocarse una divisin de caucho duro entre las bobinas

primarias. Los extremos de las primarias que no estn conectados con los capacitores

se dirigirn al spark gap.4

En, System of Electric Lighting5 (23 de junio de 1891), Tesla describi esta primera

bobina disruptiva. Concebida con el propsito de convertir y suplir energa elctrica en

una forma adaptada a la produccin de ciertos nuevos fenmenos elctricos, que

requeran corrientes de mayores frecuencia y potencial. Tambin especificaba un

mecanismo descargador y almacenador de energa en la primera parte de un

transformador de radiofrecuencia. Esta es la primera aparicin de una alimentacin de

corriente de RF capaz de excitar una antena para emitir potente radiacin

electromagntica.

Otra de estas primeras bobinas Tesla fue protegida en 1897 por patente,6 Electrical

Transformer. Este transformador desarrollaba (o converta) corrientes de alto potencial

y constaba de bobinas primaria y secundaria (opcionalmente, uno de los terminales de

la secundaria poda estar conectada elctricamente con la primaria; similarmente a las

modernas bobinas de encendido). Esta bobina Tesla tena la secundaria dentro de y

rodeada por las convoluciones de la primaria. Esta bobina Tesla constaba de bobinas

primaria y secundaria enrolladas en forma de espiral plana. El aparato estaba tambin

conectado a Tierra cuando la bobina estaba en funcionamiento.

Bobinas posteriores: Tesla, en la patente System of Transmission of Electrical

Energy7 y Apparatus for Transmission of Electrical Energy,8 describi nuevas y tiles

combinaciones empleadas en bobinas transformadoras. Bobinas transmisoras o

conductoras preparadas y excitadas para provocar corrientes o oscilaciones que se

propagaran por conduccin a travs del medio natural de un punto a otro punto remoto,

y bobinas receptoras de las seales transmitidas. Estas bobinas permitan producir

corrientes de muy alto potencial. Ms tarde conseguira Method of Signaling9 y System

of Signaling,10 para bobinas con una elevada capacitancia transmisiva con un

electrodo a Tierra.

Algunas de estas bobinas posteriores fueron considerablemente ms grandes, y

operadas a niveles de potencia muchos mayores. Cuando Tesla patent un dispositivo

en Apparatus for Transmitting Electrical Energy,11 llam al dispositivo un transformador

resonantes autoregenerativo de alto voltaje con ncleo 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 aceite para reducir las

prdidas por descargas de corona, y usaban spark gaps rotativos para poder tratar los

niveles de alta potencia. Las bobinas Tesla conseguan una gran ganancia en voltaje

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acoplando dos circuitos LC resonantes, usando transformadores con ncleo de aire. A

diferencia de las transformadores convencionales, cuya ganancia est limitada a la

razn entre los nmeros de vueltas en los arrollamientos, la ganancia en voltaje de una

bobina Tesla es proporcional a la raz cuadrada de la razn de las inductancias

secundaria y primaria.

Estas bobinas posteriores son los dispositivos que construyen usualmente los

aficionados. Son transformadores resonantes con ncleo de aire que genera muy altos

voltajes en radio frecuencias. La bobina alcanza una gran ganancia transfiriendo

energa de un circuito resonante (circuito primario) a otro (secundario) durante un

nmero de ciclos.

Aunque las bobinas Tesla modernas estn diseadas usualmente para generar largas

chispas, los sistemas originales de Tesla fueron diseados para la comunicacin sin

hilos, de tal manera que l usaba superficies con gran radio de curvatura para prevenir

las descargas de corona y las prdidas por streamers.

La intensidad de la ganancia en voltaje del circuito es proporcional a la cantidad de

carga desplazada, que es determinada por el producto de la capacitancia del circuito, el

voltaje (que Tesla llamaba presin) y la frecuencia de las corrientes empleadas. Tesla

tambin emple varias versiones de su bobina en experimentos con fluorescencia,

rayos x, potencia sin cables para transmisin de energa elctrica, electroterapia, y

corrientes telricas en conjunto con electricidad atmosfrica.

Las bobinas posteriores constan de un circuito primario, el cual es un circuito LC

(inductancia-capacitor) en serie compuesto de un capacitor de alto voltaje, un spark

gap, y una bobina primaria; y un circuito secundario, que es un circuito resonante en

serie compuesto por la bobina secundaria y el toroide. En los planos originales de Tesla,

el circuito LC secundario est compuesto de una bobina secundaria cargada que es

colocada en serie con una gran bobina helicoidal. La bobina helicoidal estaba entonces

conectada al toroide. La mayor parte de las bobinas modernas usan slo una nica

bobina secundaria. El toroide constituye una de las terminales de un capacitor, siendo

la otra terminal la Tierra. El circuito LC primario es ajustado de tal forma que resonar

a la misma frecuencia del circuito secundario. Las bobinas primaria y secundaria estn

dbilmente acopladas magnticamente, creando un transformador con ncleo de aire

resonante. Sin embargo, a diferencia de un transformador convencional, que puede

acoplar el 97%+ de los campos magnticos entre los arrollamientos, estos estn

acoplados, compartiendo slo el 10-20% de sus respectivos campos magnticos. La

mayora de los transformadores aislados por aceite necesitan potentes aislantes en sus

conexiones para prevenir descargas en el aire. Posteriores versiones de la bobina de

Tesla distribuyen su campo elctrico sobre una larga distancia para

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Prevenir elevado stress elctrico en el primer lugar, permitiendo as operar libremente

en aire.

Los terminales consisten en una estructura metlica con la forma de un toroide,

cubierta con una placa metlica circular de curvatura suave (formando una superficie

conductora muy grande). Tesla us en su aparato ms grande este tipo de elemento

dentro de una cpula. El terminal superior tiene relativa poca capacitancia, cargado al

mayor voltaje que es posible. La superficie exterior del conductor elevado es donde

principalmente se acumula la carga elctrica. Posee un gran radio de curvatura, o est

compuesto por elementos separados los cuales, respecto a su propio radio de

curvatura, estn colocados cercanos entre s de tal forma que la superficie exterior

resultante tiene un gran radio.

Este diseo permite al terminal soportar muy altos voltajes sin generar coronas o

chispas. Tesla durante su proceso de aplicacin de patentes describi variados

terminales resonadores para la parte superior de sus bobinas posteriores12 La mayora

de las bobinas Tesla modernas usan toroides simples, generalmente fabricados de

metal fundido o de aluminio flexible, para controlar el intenso campo elctrico cerca de

la parte superior de la secundaria y lanzar las chispas directamente fuera, lejos de los

arrollamientos primario y secundario.

Algunos de los trabajos de Tesla involucran un transformador de alta frecuencia, de

ncleo de aire, fuertemente acoplado, cuya salida alimenta una bobina resonante,

algunas veces llamada bobina extra, o simplemente una secundaria superior. El

principio es que la energa se acumula en la bobina superior resonante, y el papel del

transformador secundario es llevado a cabo por la secundaria inferior; Los papeles no

estn compartidos por un nico secundario. Sistemas modernos de tres bobinas

generalmente o colocan la secundaria superior a cierta distancia del transformador, o lo

hacen de un dimetro considerablemente menor; no se busca acoplamiento magntico

con la secundaria superior, porque cada secundaria est diseada especficamente

para su papel.

En detalle, este circuito Tesla consiste en una bobina en relacin inductiva cercana con

un primario, y una de las terminaciones conectada a una placa a tierra, mientras que la

otra est dirigida a travs de una bobina de auto-induccin separada (cuya conexin

debe ser hecha siempre a, o cerca de, el centro geomtrico de la bobina, para asegurar

una distribucin simtrica de la corriente), y de un cilindro metlico 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 energa entre los circuitos resonantes primario y

secundario. Originalmente, un alternador de alta frecuencia o un capacitor de descarga

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eran usados para excitar la bobina primaria. Bobinas Tesla modernas pueden usar

tubos de vaco para excitar el primario y generar corriente de alta frecuencia.

En el diseo de Tesla, el conductor a la terminal tiene la forma de un cilindro de suave

superficie con radio mucho mayor que el de las placas metlicas esfricas, y que se

ensancha en la parte ms baja en un gancho (que est encajado para evitar prdidas

por corrientes de Foucault y por seguridad). La bobina secundaria est enrollada en un

tambor de material aislante, con sus vueltas muy cercanas entre s. Cuando el efecto

de los pequeos radios de curvatura del cable es superado, la bobina secundaria

inferior se comporta como un conductor de gran radio de curvatura, correspondiendo al

del tambor. El final inferior de la bobina secundaria superior, si se desea, puede ser

extendido hasta el terminal, hasta algn lugar por debajo de la vuelta superior de la

bobina primaria. [3]

2.2.1 Uso y produccin

Esquema tpico de una bobina Tesla

Este circuito de ejemplo est diseado para ser alimentado con corrientes alternas.

Aqu el spark gap corta la alta frecuencia a travs del primer transformador. Una

inductancia, no mostrada aqu, protege el transformador.

2.2.2 Configuracin alternativa de una bobina Tesla

Este tambin alimentado por corrientes alternas. Sin embargo, aqu el transformador de

la alimentacin AC debe ser capaz de tratar altos voltajes a altas frecuencias

2.2.3 Transmisin

Una bobina Tesla grande de diseo actual puede operar con niveles de potencia con

picos muy altos, hasta muchos megavatios (un milln de vatios). Debe por tanto ser

ajustada y operada cuidadosamente, no slo por eficiencia y economa, sino tambin

por seguridad. Si, debido a un ajuste inapropiado, el punto de mximo voltaje ocurre

por debajo de la terminal, a lo largo de la bobina secundaria, una chispa de descarga

puede daar o destruir el cable de la bobina, sus soportes o incluso objetos cercanos.

Tesla experiment con estas, y muchos otras, configuraciones de circuitos (ver dcha).

El arrollamiento primario, el spark gap y el tanque capacitor estn conectados en serie.

En cada circuito, el transformador de la alimentacin AC carga el tanque capacitor

hasta que su voltaje es suficiente para producir la ruptura del spark gap. El gap se

dispara, permitiendo al tanque capacitor cargado descargarse en la bobina primaria.

Una vez el gap se dispara, el comportamiento elctrico de cada circuito es idntico. Los

experimentos han mostrado que ninguno de los circuitos ofrece ninguna ventaja de

rendimiento sobre el otro. [2]

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Sin embargo, en el circuito tpico (arriba), 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 capacitor

tambin 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. Constructores experimentados de bobinas Tesla utilizan casi

exclusivamente el circuito superior, generalmente aadiendo filtros pasa baja (redes de

resistores y capacitores) entre el transformador y el spark gap. Esto es especialmente

importante cuando se usan transformadores con oscilaciones de alto voltaje frgiles,

como transformadores de luces de Neon (NST en sus siglas en ingls).

Independientemente de la configuracin 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 estn

diseados para tener inductancia de fuga alta, para limitar sus cortocircuitos a niveles

seguros.

2.2.4 Seguridad y precauciones

En el ajuste de la bobina la frecuencia de resonancia de la bobina primaria se ajusta al

mismo valor de la bobina secundaria. Es recomendable para comenzar usar

oscilaciones de baja potencia, y a partir de estas incrementar la potencia hasta el

momento en el que el aparato est bajo control. Mientras se ajuste, se suele aadir una

pequea proyeccin (llamada "breakout bump") al terminal superior para estimular

descargas de corona y de chispas (tambin llamadas "streamers") en el aire

circundante. La bobina puede entonces ajustarse para conseguir las descargas ms

largas a una cierta potencia dada, correspondiendo a la coincidencia de frecuencias

entre la bobina primaria y la secundaria. La "carga" capacitiva de estos streamers

tiende a bajar la frecuencia resonante de una bobina Tesla funcionando a potencia

mxima. Por distintas razones tcnicas, resulta efectivo elegir a los terminales

superiores de la bobina con forma toroidal.

Ya que las bobinas Tesla pueden producir corrientes o descargas de muy alta

frecuencia y voltaje, son tiles para diferentes propsitos entre los que se incluyen

demostraciones prcticas en clases, efectos especiales para teatro y cine, y pruebas de

seguridad de diferentes tecnologas. En su funcionamiento ms comn, se producirn

largas descargas de alto voltaje en todas direcciones alrededor del toroide, que

resultan muy espectaculares. [3]

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2.2.5 Descargas areas

Al generar las descargas, se produce una transferencia de energa elctrica entre la

bobina secundaria y el toroide y el aire circundante, transferencia que se produce en

forma de carga elctrica, calor, luz y sonido. Las corrientes elctricas que fluyen a

travs de estas descargas se deben a la rpida oscilacin de cargas desde el terminal

superior al aire circundante. El proceso es similar a cargar o descargar un capacitor. La

corriente que surge de aumentar la carga en un capacitor se denomina corriente de

desplazamiento. Al producirse estas corrientes de desplazamiento, se forman pulsos de

carga elctrica que se transfieren rpidamente entre el toroide de alto voltaje y las

regiones de aire cercanas, llamadas regiones de carga espacial. Estas regiones de

carga juegan un papel fundamental en la aparicin y situacin de las descargas de las

bobinas Tesla.

Cuando el spark gap se dispara, el capacitor cargado se descarga en el primer

arrollamiento, lo que hace que el circuito primario empiece a oscilar. La corriente

oscilante crea un campo magntico que se acopla con el segundo arrollamiento,

transfiriendo energa a la parte secundaria del transformador y produciendo que este

oscile con la capacitancia toroidal. La transferencia de energa ocurre durante varios

ciclos, y la mayor parte de la energa que originalmente se encontraba en la parte

primaria, pasa a la secundaria. Cuanto mayor es el acoplamiento magntico entre los

arrollamientos, menor ser el tiempo requerido para completar la transferencia de

energa. Segn la energa crece en el circuito oscilante secundario, la amplitud del

voltaje RF del toroide crece rpidamente, y en el aire circundante al toroide se produce

una ruptura del dielctrico, formando una descarga de corona.

Segn se sigue incrementando la energa (y el voltaje exterior) de la segunda bobina,

se producen pulsos mayores de corriente de desplazamiento que ionizan y calientan el

aire. Esto forma una raiz de plasma caliente muy conductora, llamada chispa directora

que se proyecta hacia el exterior del toroide. El plasma en esta conductora est

considerablemente ms caliente que una descarga de corona, y es considerablemente

ms conductora. De hecho, tiene propiedades similares a un arco elctrico. La

conductora se bifurca en miles de descargas mucho ms finas, similares a cabellos,

llamadas streamers.

Estos streamers son como una niebla azulada al final de las conductoras ms

luminosas, y son estos los que transfieren la carga entre el toroide y las regiones

espaciales de carga circundantes. Las corrientes de desplazamiento de incontables

streamers alimentan a la conductora, ayudando a mantenerla caliente y elctricamente

conductora. [6]

Pgina 20

En una bobina Tesla con spark gap, el proceso de transferencia de energa entre los

circuitos primarios y secundarios ocurre repetidamente a unas tasas tpicas de

transferencia de 50/500 veces por segundo, y los canales conductores previamente

formados no tienen oportunidad de enfriarse totalmente entre pulsos. De esta forma, en

pulsos sucesivos, las nuevas descargas pueden construirse en los rastros calientes

dejados por sus predecesoras. Esto produce un crecimiento consecutivo de las

conductoras de un pulso al siguiente, alargando la descarga en cada pulso sucesivo.

La repeticin de los pulsos produce que las descargas crezcan hasta que la energa

media que est disponible en la bobina Tesla durante cada pulso se equilibre con la

energa media perdida en las descargas (mayormente por calor). En este punto se

alcanza el equilibrio dinmico, y las descargas alcanzan su mxima longitud para esa

potencia exterior de la bobina. Esta nica combinacin de un alto voltaje creciente de

radiofrecuencia y una repeticin de pulsos parece ajustarse de forma ideal para crear

descargas largas y bifurcadas que son considerablemente mayores que las que se

podran esperar simplemente considerando el voltaje exterior. Ms de 100 aos

despus del uso de las primeras bobinas Tesla, hay muchos aspectos de las descargas

y de los procesos de transferencia de energa que todava no se comprenden en su

totalidad.

2.2.6 Recepcin

La bobina secundaria y su capacitor se pueden usar en modo receptivo. Los

parmetros de una bobina Tesla transmisora son aplicables idnticamente para ser un

receptor, debido a la reciprocidad electromagntica. La impedancia, sin embargo, no se

aplica de manera obvia. La impedancia en la carga elctrica externa es ms crtica, y

para un receptor, este es el punto de utilizacin (como en un motor de induccin) ms

que en el nodo receptor.

Las bobinas Tesla tambin se pueden construir para utilizar la electricidad atmosfrica,

aunque generalmente no se usan con estos propsitos. Tesla sugiri que una variacin

de la bobina Tesla podra utilizar el efecto phantom loop para formar un circuito capaz

de inducir energa del campo magntico de la Tierra y otras fuentes de energa radiante.

Este concepto es parte de su transmisor de energa sin cables.

Mientras que Tesla demostr la transmisin de potencia elctrica sin cables de un

transmisor a un receptor, sealamos, con respecto a las especulaciones de Tesla

relacionadas con el aprovechamiento de fenmenos naturales para obtener potencia

elctrica, que este artculo no cita ninguna demostracin pblica de este tipo de

tecnologa, por ningn individuo, grupo, o entidad de algn tipo.

El mito del efecto pelicular (skin effect) [6]

Pgina 21

Los peligros de las corrientes de alta frecuencia se perciben a veces como menores

que los producidos a bajas frecuencias. Esto se suele interpretar, errneamente, como

debido al efecto pelicular, un efecto que tiende a inhibir la corriente alterna que fluye

dentro de un medio conductor. Aunque el efecto pelicular es aplicable dentro de

conductores elctricos (por ejemplo metales), la profundidad de penetracin de la

carne humana a las frecuencias tpicas de una bobina Tesla es del orden de los 100 cm

o ms. Esto significa que corrientes de alta frecuencia seguirn fluyendo

preferentemente a travs de partes mejor conductoras del cuerpo como el sistema

circulatorio y el nervioso. En realidad, el sistema nervioso de un ser humano no siente

directamente el flujo de corrientes elctricas potencialmente peligrosas por encima de

15/20 kHz; para que los nervios sean activados, un nmero significativo de iones deben

cruzar su membrana antes de que la corriente (y por lo tanto el voltaje) se revierta.

Debido a que el cuerpo no provee una seal de shock, los inexpertos pueden tocar los

streamers exteriores de una pequea bobina Tesla sin sentir dolorosos shocks. Sin

embargo, hay pruebas entre experimentadores de bobinas Tesla de haber sufrido dao

temporal en los tejidos, el cual puede ser observado como dolor de msculos,

articulaciones u hormigueo durante horas e incluso das despus. Se cree que esto

puede deberse a los efectos dainos del flujo de corrientes internas, y es

especialmente comn con bobinas Tesla de onda continua, de estado slido o de vaco.

Grandes bobinas Tesla y amplificadores pueden producir niveles peligrosos de

corriente de alta frecuencia, y tambin altos voltajes (250.000/500.000 voltios o

ms). Debido a sus altos voltajes se pueden producir descargas potencialmente letales

desde los terminales superiores. Doblando el potencial exterior se cuadruplica la

energa electrosttica almacenada en un terminal de cierta capacitancia dada. Si un

experimentador se sita accidentalmente en el camino de una descarga de alto voltaje

a tierra, el shock elctrico puede causar espasmos involuntarios y puede inducir

fibrilacin ventricular y otros problemas que puedan matarnos. Incluso bobinas de baja

potencia de vaco o de estado slido pueden producir corriente de radio frecuencia que

son capaces de causar daos temporales en tejidos internos, nervios o articulaciones a

travs de calentamiento Joule. Adems un arco elctrico puede carbonizar piel,

produciendo dolorosas y peligrosas quemaduras que pueden alcanzar el hueso, y que

pueden durar meses hasta su curacin. Debido a estos riesgos, los experimentadores

con conocimientos evitan el contacto con los streamers de todos excepto los sistemas

ms pequeos. Los profesionales suelen usar otros medios de proteccin como una

jaula de Faraday, o trajes de cota de malla para evitar que las corrientes penetren en el

cuerpo. Una amenaza que no se suele tener en cuenta es que un arco de alta

frecuencia puede golpear el primario, pudiendo producirse tambin descargas mortales.

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2.2.7 Casos y dispositivos

Los laboratorios Tesla de Colorado Springs posean una de las bobinas Tesla ms

grande jams construida, conocida como el transmisor amplificador ("Magnifying

Transmitter"). Estees algo diferente de una bobina Tesla clsica de dos bobinas. Un

amplificador usa un sistema de dos bobinas para excitar la base de una tercera bobina

(resonador) que est situada a cierta distancia del primero. Los principios operativos de

ambos sistemas son similares.

La bobina Tesla ms grande jams construida fue hecha por Greg Leyh. Es una unidad

de 130.000 vatios, parte de una escultura de 12 m de alto. El propietario es Alan Gibbs

y actualmente reside en un parque escultural privado en Kakanui Point cerca de

Auckland (Nueva Zelanda).

La bobina Tesla es un predecesor primitivo (junto a la bobina de induccin) de un

dispositivo ms moderno llamado transformador flyback, que provee del voltaje

necesario para alimentar los tubos de rayos catdicos usados en algunas televisiones y

monitores de ordenador. La bobina de descarga disruptiva se mantiene como uso

comn como bobina de ignicin en el sistema de ignicin de un motor de combustin

interna. Sin embargo, estos dos dispositivos no utilizan la resonancia para acumular

energa, caracterstica distintiva de una bobina Tesla. Una versin moderna de baja

potencia de la bobina se usa para alimentar la iluminacin de esculturas y dispositivos

similares. [3]

2.3 CONCEPTOS BASICOS

Capacitor o condensador: Un capacitor est compuesto de dos placas metlicas

separadas por un dielctrico. Su funcin es almacenar cargas elctricas. El material

aislante que separa las placas se llama dielctrico y generalmente se usa aire, vidrio,

mica, etc. Si dos placas cargadas elctricamente estn separadas por un material

dielctrico, lo nico que va a existir entre dichas placas es la influencia de atraccin a

travs de dicho dielctrico.

Capacidad elctrica: Se define como la propiedad que tienen los capacitores de

almacenar cargas elctricas. La unidad fundamental de la capacidad es el farad o

faradio (F); los submltiplos de esta unidad son los microfaradios (millonsimos de

farad), picofaradios, etc.

Inductor o bobina: Descripcin: Si tomamos un conductor, por ejemplo un alambre y

lo enrollamos, formamos una bobina; si hacemos que fluya una corriente por ella se

establecer un poderoso campo magntico equivalente al que tiene una barra de acero

imantada, con sus polos norte y sur. Es posible demostrar que el flujo de corriente que

pasa por un conductor est acompaado por efectos magnticos: la aguja de una

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brjula, por ejemplo, se desva de su posicin normal, norte-sur, en presencia de un

conductor por el cual fluye una corriente. La corriente, en otras palabras, establece un

campo magntico.

Si ahora hacemos que por dicha bobina circule una corriente alterna (en la que los

electrones cambian de direccin) de alta frecuencia (radiofrecuencia), se establecer

un campo magntico variable. Si en presencia de dicho campo magntico variable

colocamos otra bobina (bobina secundaria), en esta se "inducir" una corriente

elctrica similar a la de la bobina primaria.

Inductancia elctrica: Se define como la propiedad de una bobina que consiste en la

formacin de un campo magntico y en el almacenamiento de energa

electromagntica cuando circula por ella

una corriente elctrica. La unidad fundamental de la inductancia es el Henry (H); los

submltiplos de esta unidad son los milihenry (milsimas de henry), microhenry, etc.

Frecuencia: Es el nmero de oscilaciones o ciclos que ocurren en un segundo. La

unidad fundamental de la frecuencia es el Hertz (Hz) y corresponde a un ciclo por

segundo.

Radiofrecuencia: Se le llama radiofrecuencia a las corrientes alternas con frecuencias

mayores de los 50,000 Hz.

Oscilador: Es un circuito electrnico capaz de generar corrientes alternas de cualquier

frecuencia.

Frecuencia natural: Todos los objetos elsticos oscilan cuando son excitados por una

fuerza externa (una barra metlica al ser golpeada oscila, emitiendo un sonido

caracterstico). La frecuencia a la que un objeto elstico oscila libremente es llamada su

frecuencia natural de oscilacin. Si a dicha barra oscilante acercamos otra barra

idntica, la segunda barra comenzar a oscilar a la misma frecuencia, excitada por la

primera; esto es que la segunda barra habr resonado con la primera.

En el caso de las oscilaciones electromagnticas, se presenta el mismo fenmeno que

es justamente el hallazgo realizado por Tesla y aplicado a su bobina. Tesla construy

un circuito oscilador (un capacitor conectado en paralelo con una bobina ) que llam

primario y a l acerco una bobina secundaria cuya frecuencia natural de oscilacin

fuese la misma que la del circuito primario; de la relacin de vueltas entre

el primario y el secundario depende el voltaje obtenido. [6]

Primero que nada se deben hacer las recomendaciones de siempre, que si bien

suenan aburridas son siempre necesarias. Repito lo que todos me han dicho: una

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bobina tesla trabaja con tensiones peligrosas que pueden acarrear daos fsicos graves

o incluso la muerte, por lo que deben tomarse todas las precauciones posibles, sobre

todo en la etapa del circuito primario, donde la capacidad de corriente de la fuente es

significativa. Nunca trabajen en los circuitos bajo tensin, y efecten todas las pruebas

a una distancia de observacin prudente (depende de la potencia pero al menos 3m).

Esquema del circuito

fig. 6 Esquema de circuito de la bobina (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)

1) Conseguir las fuentes de alimentacin (transformadores):

Deben cumplir las siguientes caractersticas:

Voltaje de salida elevado, en el orden de los 1000(mil) a 15000(quince-mil) volts cada

transformador.

Capacidad de corriente significativa (Potencia entregable para una determinada

tensin). Esto ser de acuerdo a la magnitud de arcos elctricos con que se conforme

cada uno. Por ejemplo un transformador de microondas presenta una tensin

relativamente baja para lo que concierne a las bobinas tesla pero tambin posee una

corriente alta que contribuye a un buen acoplamiento magntico entre primario y

secundario. Tambin pueden usarse transformadores de carteles de nen, que suelen

trabajar en tensiones del orden de los 10000 V pero con apenas unos 25 a 30 mA. Las

potencias que se consiguen utilizando estos son tambin grandes pero presenta ciertos

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inconvenientes como la necesidad de una aislacin ms cuidadosa y el uso de

capacitores de mayor limitacin de tensin (ms caros)

Posibilidad de asociar los primarios en paralelo y los secundarios en serie con el

objeto de incrementar la tensin.

utilizar transformadores de microondas, ya que son relativamente abundantes, pueden

acoplarse varios en serie sin demasiados inconvenientes, son de tensin bastante alta

(2000V) y mucha potencia (500 o mas vatios). Estamos hablando de corrientes del

orden de los 300 a 500 mA.

Los norteamericanos los conocen por la abreviatura MOT. (Microwave Oven

Transformer) (Transformador de Horno de Microondas)

fig. 7 Transformador (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)

Bobina primaria: Debe utilizarse en lo posible un tubo o una cinta de un conductor

bueno (cobre, aluminio, plata XD). La forma tubular es conveniente para el manejo de

altas frecuencias debido al efecto pelicular, que produce que la corriente tienda a

circular por la periferia del cable y no por el centro.

Pueden optar por diferentes diseos. Si van a manejar poca potencia usen una espiral

vertical (tipo serpentina-figura 1). Si la potencia es ms elevada pueden optar por

espirales cnicas (como es mi caso) o planas (como son la mayora en Internet). Debe

tener cerca de 10 vueltas, en nuestro caso fueron 7 en total. [3]

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Utilizamos soportes de acrlico para montar la bobina, como ilustra la figura. El tubo es

de aluminio para gas de de pulgada.

Respecto a sus terminales, uno es fijo y va conectado a un borne del capacitor,

mientras que el otro debe poder moverse a lo largo de las espiras para sintonizar la

frecuencia de resonancia.

Fig. 8 bobina primaria (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)

Bobina secundaria: Consiste en un tubo de material aislante (plsticos como PVC,

polietileno, polister; o fibra de vidrio), que no absorban humedad, por lo que no es

conveniente utilizar madera o cartn. El nmero de espiras es alrededor de 1000, si

bien puede variar con la forma de la bobina.

spark gap

La relacin ideal para la altura es 3 veces el dimetro. El alambre debe ser cobre

esmaltado, en lo posible fino ya que las corrientes en el secundario son muy bajas. En

nuestro caso es de 0,40 mm de dimetro.

(He observado que en la mayora de las bobinas grandes y poderosas que se ven por

la web la bobina secundaria es bastante fina, o sea, de un largo varias veces mayor al

dimetro. Desconozco si esto pueda realmente afectar mucho al rendimiento, ms all

del cambio del valor de inductancia de la bobina por una cuestin de su propia

geometra, que nos modificara la frecuencia de resonancia del sistema; quizs tambin

pueda favorecer a la aislacin por una mayor distancia al circuito primario. No hemos

hecho las pruebas pertinentes.)

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La aislacin de la bobina secundaria es bastante importante, ya que si la puesta a tierra

no es demasiado buena, pueden aparecer efectos no deseados como descargas del

primario al secundario, o descargas entre dos partes del secundario, o por dentro de la

bobina, que no son nada recomendables puesto que pueden hacer disparar el

disyuntor (diferencial) y detener el funcionamiento de la bobina, adems de daos a la

bobina como quemaduras. Es recomendable asilar el secundario con resina polister,

que aunque es algo difcil de conseguir, tiene valores de aislacin dielctrica muy

grande. Es sumamente importante no dejar el alambre de cobre de la bobina en el

interior del tubo cuando sobre porque producir descargas interiores no deseadas que

evitarn la formacin de arcos en el toroide. [3]

fig. 9 Bobina secundaria (fuente: http://bobinatesla24.blogspot.mx)

Capacitor primario: Existen diversos modelos, en algunos videos los capacitores son

caseros, a menudo hechos alternando capas de aluminio y polietileno

Desafortunadamente no existen valores comerciales para ese tipo de tensiones, por lo

que la nica alternativa consiste en asociar capacitores ms pequeos en serie para

que soporten ms tensin, y luego en paralelo para compensar la disminucin de

capacidad como consecuencia de colocarlos en serie.

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2.3.1 SISTEMAS ELECTRICOS

Los elementos que se utilizan para estos sistemas son los siguientes:

Voltaje: El voltaje en los sistemas elctricos es anlogo a la presin en los sistemas

hidrulicos o neumticos. Esta es la Fuerza electromotriz requerida para producir un

flujo de corriente en un alambre, la unidad de voltaje es el volt (v).

Carga: La carga elctrica es la integral de la corriente con respecto al tiempo. La

unidad de carga es el Coulomb. Un Coulomb es la cantidad de carga transferida en un

segundo por una corriente de un ampere:

Corriente: La corriente se refiere a la razn de cambio del flujo de carga. La unidad de

corriente es el ampere. Si una carga de dq coulomb cruza un rea dada en dt segundos

entonces la corriente i es: AMPERE= COULOMB/SEGUNDO

Si la carga positiva fluye de izquierda a derecha ( o la carga negativa de derecha a

izquierda), entonces el flujo de corriente es de izquierda a derecha.

Fuente de corriente y Fuente de voltaje

Fuente de corriente: se entiende una fuente de energa que produce un valor

especfico de corriente, usualmente como funcin del tiempo.

Suministra una corriente especfica independientemente del voltaje a travs de la

fuente. Si un generador suministra la corriente en forma cadi independiente del circuito

conectado se trata de un generador de corriente.

Fuente de voltaje: Es una fuente de energa que suministra un valor especfico de

voltaje en funcin del tiempo, en forma completamente independiente de la corriente,

es decir, es un fuente de potencia elctrica, en la cual el voltaje es independiente de la

corriente consumida.

Un generador que suministra una salida de voltaje que es casi independiente del

circuito al cual esta conectado se llama generador de voltaje.

Elementos bsicos de los circuitos elctricos

Se encuentran tres tipos de elementos bsicos en los circuitos elctricos: elementos

resistivos, elementos capacitivos y elementos inductivos que se explican a

continuacin:

Elementos resistivos: La resistividad se define como el cambio en voltaje requerido

para producir un cambio unitario en la corriente, o:

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Resistencia R

La resistencia R de un resistor lineal puede entonces darse por:

R Donde es el voltaje a raves del resistor es la corriente que fluye por el resistor.

La unidad de resistencia es el Ohm donde:

Ohm= El reciproco de la resistencia se llama conductancia. La unidad de conductancia

es el siemens (S). (1 S= 1 A/V ==ohm)

Conductancia= Los resistores no almacenan energa elctrica en forma alguna pero

en su lugar la disipan en forma de calor. Los resistores reales pueden ser no lineales y

pueden tambin presentar algunos efectos capacitivos e inductivos.

Elementos capacitivos: Dos conductores separados por un medio no conductor

(aislante o dielctrico) forman un capacitor. De este modo que dos placas metlicas

separadas por un material elctrico muy delgado forman un capacitor. Algunas veces el

rea se hace variable, como en un condensador de sintonizacin de un radio.

La capacitancia se define como el cambio en la cantidad de carga elctrica requerido

para producir un cambio unitario en el voltaje o:

La capacitancia C es una medida de la cantidad de carga que puede almacenarse para

un voltaje dado entre las placas.(Al acercarse las placas entre si la capacitancia se

incrementa y se incrementa y se puede almacenar carga adicional para un voltaje dado

entre placas.) La capacitancia C de un capacitor puede darse entonces por:

Donde q es la cantidad de carga almacenada y es el voltaje a travs del capacitor. La

unidad de capacitancia es el farad (F), donde:

La capacitancia se define como un numero positivo. Un positivo causa que una

corriente i fluya de izquierda a derecha. Por eso, tomamos la direccin positiva de i

hacia la derecha. Puesto que: i=dt/dt y , tenemos:

Por lo tanto, un capacitor puro almacena energa y puede entregarla toda, los

capacitores reales, por otro lado, muestran diferentes perdidas..

Elementos inductivos. Alrededor de un carga de movimiento o corriente en una regin

de influencia que se llama campo magntico. Si el circuito se encuentra en un campo

magntico variante con respecto al tiempo, se induce una fuerza electromotriz en el

circuito. La relacin entre el voltaje inducido y la razn de cambio de la corriente (que

significa cambio en corriente por segundo) se define como inductancia o,

Los efectos inductivos pueden clasificarse como auto inductancia e inductancia mutua.

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La auto inductancia es la propiedad de una bobina particular que ocurre cuando el

campo magntico establecido por la corriente de la bobina enlaza a la propia bobina.

La magnitud del voltaje inducido es proporcional a la razn de cambio del flujo enlaza al

circuito. Si el circuito no contiene elementos ferromagnticos, la razn de cambio del

flujo es proporcional a di/dt. La autoinductancia o simplemente inductancia L, es la

constante de proporcionalidad entre el voltaje inducido volts y la razn de cambio de la

corriente (o cambio en corriente por segundo) esto es,

L= La unidad de la inductancia es el Henry (H). Un circuito elctrico tiene una

inductancia de un Henry cuando la razn de cambio de un ampere por segundo

inducir una fem de un volt.

A causa de que la mayor parte de los inductores son bobinas de alambre, estos tienen

una considerable resistencia. Las prdidas de energa debidas a la presencia de la

resistencia se indican en el factor de calidad Q, el cual muestra la relacin entre la

energa almacenada y la disipada. Un valor alto de Q alto generalmente significa que el

inductor posee poca resistencia.

La inductancia mutua se refiere a la influencia entre inductores que resulta de la

interaccin de sus campos. Si dos inductores estn involucrados en un circuito elctrico,

cada uno de ellos puede quedar bajo la influencia del campo magntico del otro

inductor. Entonces la cada de voltaje en el primer inductor esta relacionada con la

corriente que fluye por el primer inductor, tanto como con la corriente que fluye por el

segundo inductor, cuyo campo magntico influye en el primero. El segundo inductor

tambin esta influido por el primero. [4]

LEYES BASICAS DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS

Ley de Ohm: La ley de Ohm establece que la corriente en un circuito es proporcional a

la fuerza electromotriz total (fem) que acta sobre el circuito e inversamente

proporcional a la resistencia total del circuito. Puede expresarse mediante.

Esta ley es fundamental para obtener circuitos de resistencia combinadas en serie y

paralelo, las corrientes y los voltajes en tales circuitos.

Donde i es la corriente (ampere), e es la fem (volts) y R la resistencia (ohms).

Circuitos en serie. La resistencia combinada de resistores conectados en serie es la

suma de las resistencias por separado.

Leyes de Kirchhoff. El uso de las leyes de Kirchhoff es indispensable para encontrar la

solucin de circuitos que involucran fem, resistencias, capacitancias e inductancias.

Hay dos leyes: la ley de corrientes (ley de nodos)y la ley de voltajes (ley de mallas).

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Ley de corrientes de Kirchhoff (ley de nodos).Un nodo en un circuito elctrico es un

punto donde tres o ms conductores se unen entre s. La ley de corrientes de Kirchhoff

(ley de nodos) establece que la suma algebraica de todas las corrientes que entran al

nodo o salen de l, es cero. La corrientes que van hacia el nodo deben ser precedidas

por un signo ms. Las corrientes que van hacia afuera del nodo deben estar precedidas

por un signo menos. [4]

Ley de voltajes de Kirchhoff (ley de mallas).En cualquier instante dado del tiempo la

suma algebraica de los voltajes alrededor de una malla cualquiera en un circuito

elctrico es cero. Una elevacin en el voltaje (la cual ocurre al ir a travs de una fuente

de fuerza electromotriz de la terminal negativa a la positiva, o al ir a travs de una

resistencia en oposicin al flujo de la corriente debe ser precedida por un signo ms.

Una cada de voltaje (la cual ocurre al ir a travs de una fuerza electromotriz de la

terminal positiva a la negativa, o al ir a travs de una resistencia en la direccin del flujo

de corriente debe estar precedida por un signo menos.

Ecuaciones de Maxwell, Forma diferencial, Forma integral:

De estas ecuaciones sabemos que Luego a partir de las soluciones para estas

ecuaciones diferenciales se sabe que: (funciones de onda) Luego por definicin como

o Se tiene que Llamado vector de Poynting que corresponde a las magnitudes de E

por B en una direccin perpendicular dado que

Luego, para cada solenoide, se tiene lo siguiente: Donde I viene dado por la ecuacin:

Luego, aproximadamente, para el solenoide primario N=5; d=1cm., l=3cm Y para el

solenoide secundario N=3; d=0.8cm., l=1.5cm. Por lo que el equivalente inductivo del

sistema es: Por lo que la ecuacin de la intensidad viene dada por:

As la solucin est dada por: Como es constante invariante, se ajusta el sistema tal

que As, sustituyendo valores Y como del transformador se obtienen 18V. a 1A.

Entonces As, para el punto mximo de I(t) se tiene. Tal que Lo cual produce un campo

magntico dependiente del tiempo.

Por otro lado, el sistema hace una liberacin de la energa de forma senoidal, es decir,

esta se libera en funcin del tiempo, como sigue Esto quiere decir que en un segundo

hay cerca de 10630 liberaciones de energa a lo que es igual que el ciclo de carga-

liberacin dure cerca de 9.40666x10-5 seg.=94micro segundos, esto provoca el sonido

agudo. La jaula de Faraday es un dispositivo que anula el flujo del campo magntico

tanto en un sentido como en otro. Es por esto que se utilizo para proteger los objetos

de inferencias ajenas as como para evitar daos en aparatos electrnicos cercanos. [4]

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DESARROLLO DEL PROYECTO

Para la planeacin del proyecto de la bobina de tesla se buscaron materiales as como

una breve explicacin de cmo desarrollarla la cual se trato en el tema anterior.

En este tramo cabe aclarar que contamos con un papel aluminio, celofn, madera y

otros componentes en su mayor caracterstica elctricos.

Una vez obtenido los materiales se procedi al desarrollo previamente con nuestra idea

establecida despus de investigar. Se enrollo material propiamente un alambre de

cobre a travs de un tubo para crear el embobinado secundario, previamente el

compaero Juan Carlos Martnez se encargo de que no se rompiera ninguna parte del

alambre.

fig. 10 bobina sec. (Fuente cel.)

Despus de varias horas de estarse enrollando el alambre y contando con la oportuna

colaboracin del compaero Jos Aurelio, se procedi a ponerle en la base y la parte

superior cinta negra para que hiciera sujecin.

Y de la tabla de madera se cortaron cuatro piezas todas apuntando para el centro las

cuales serviran para generar el embobinado primario

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Fig. 11 bobina primaria (fuente: celular)

Cuatro piezas de madera con tamaos semejantes las cuales fueron agujeradas para

que por ellas circulara el alambre de cobre. Estas piezas de madera fueron

previamente cortadas con una segueta, procurando darles una forma semejante y se

agujeraron con el taladro.

El compaero Juan Carlos Garca se encargo de esta labor, y cuidadosamente

atornillo cada una de las partes y las aseguro a una base de madera como puede

observarse en la figura anterior.

Una vez hecho todo lo anterior se colocaron las bobinas en la posicin establecida la

principal el centro.

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Fig. 12 Proyecto vista (fuente: celular)

Cabe aclarar que tambin hay al alcance en este proyecto otros componentes como

un pequeo transformador.

Fig. 13 Transformador (fuente: celular)

El cual servir para transformar y amplificar la corriente.

Otro componente que utilizamos son capacitores previamente desarrollados por el

equipo los cuales constan de aluminio, celofn y fuero recubiertos por papel comn y

cinta negra,

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Fig. 14 capacitores (Fuente: celular)

La bobina de tesla cuenta con diferentes partes las cuales son las que intervienen

para que esta funcione como el capacitor el cual fue hecho mano con acetato y

aluminio, las dimensiones del capacitor con una hoja de acetato cortada en cuatro

partes iguales y el aluminio fue cortado de 9*15 el cual fue colocar 5 hojas cortadas

en cuatro partes y se colocaron uno sobre otro hasta que se terminen.

Fig. 15 capacitores (fuente: celular)

Cuenta con el trasformador el cual es el principal en todo porque es el que suministra

las altas tensiones para que la bobina funcione y este genere el rayo que se libera.

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Fig. 18 transformador (fuente : celular)

Cuenta con un foco que va conectado en serie con el trasformador est conectado en

las estradas del trasformador por donde entran 127 v para que este ag la funcin de

un fusible por si sea el caso de que se genere un corto.

Fig. 19 funcionamiento ( fuente: celular)

el explosor es el que se forma un arco que rompe la resistencia del aire el cual es el

que descarga el capacitor para que la bobina primaria ag la inductancia y esta sea la

que estimule a la bobina primaria para que esta se induzca y se genere el rayo por

causa del bobinado.

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Fig. 20 conexin explosor( fuente: celular)

CONCLUSIONES

Pues las conclusiones generales del equipo en este primer acercamiento es que la

bobina de tesla es un dispositivo que involucra conceptos de magnetismo y electricidad,

en los cuales se observan desde capacitores, transformadores, y otros como bobinas y

toroides, este ha sido un primer adelanto, puesto que es un dispositivo

extremadamente peligroso debe de ser cuidadosamente construido para evitar posibles

accidentes.

Fig. 21 vista del rea de trabajo (fuente: celular)

Y para finalizar una vista de nuestra rea de trabajo.

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BIBLIOGRAFIA

[1] http://elproyectomatriz.wordpress.com/2009/11/30/nikola-tesla/

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[5] http://bobinatesla24.blogspot.mx/

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