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)