Diseño y construcción de un transformador de Tesla
ÍNDICE RESUMEN --------------------------------------------------------------------2 1. INTRODUCCIÓN---------------------------------------------------3 1.1 Contexto Histórico ---------------------------------------------------3 1.2 La Bobina de Tesla -----------------------------------------------...
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| Otros Autores: | |
| Formato: | Tesis |
| Lenguaje: | Español |
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Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Departamento de Ingeniería Eléctrica
2025
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PROYECTO FINAL BOBINA TESLA FUENTE DE ALTA TENSIÓN EXPLOSOR BANCO DE CAPACITORES DE ALTA TENSIÓN Grosso, Lucas Iván Diseño y construcción de un transformador de Tesla |
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PROYECTO FINAL BOBINA TESLA FUENTE DE ALTA TENSIÓN EXPLOSOR BANCO DE CAPACITORES DE ALTA TENSIÓN |
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ÍNDICE
RESUMEN --------------------------------------------------------------------2
1. INTRODUCCIÓN---------------------------------------------------3
1.1 Contexto Histórico ---------------------------------------------------3
1.2 La Bobina de Tesla ------------------------------------------------------5
1.3 Principio de Funcionamiento---------------------------------------------6
1.4 Modelo Matemático del Sistema------------------------------------------8
2. APLICACIONES DE LA BOBINA DE TESLA -------------------------- 13
2.1 Prueba de Materiales Aislantes----------------------------------------- 13
2.2 Ensayos de Aisladores de Alta tensión ------------------------------ 13
2.3 Generación de Pulsos de Alta frecuencia-------------------------- 14
2.4 Investigación sobre rayos ------------------------------------------------ 14
3. ASPECTOS DE SEGURIDAD ------------------------------------------- 15
4. RELEVAMIENTO, DESCRIPCIÓN Y DISEÑO DE LA BTi----------- 16
4.1 Esquema del Circuito Eléctrico de la BTi--------------------------- 16
4.2 Transformador de Alta Tensión------------------------------------- 17
4.3 Circuito Multiplicador de Tensión--------------------------------------- 17
4.4 Resistencia Limitadora y Bobina de Choque---------------------------- 19
4.5 Capacitor Primario --------------------------------------------- 20
4.6 Explosor o Spark Gap------------------------------------------------ 21
4.7 Inductancias del Transformador de TESLA, Bobina 1ria y 2ria ---------- 22
4.8 Toroide y Capacitor Secundario ------------------------------------ 27
5. PUESTA A PUNTO Y ENSAYOS SOBRE LA BTi------------------- 28
5.1 Ensayo de Fuente de Alta Tensión y Condensador C1 ------------- 29
5.2 Ensayo de Resonancia en Circuito 1rio----------------------------------- 30
5.3 Determinación del Coeficiente de Acoplamiento -------------- 31
5.4 Ensayo de Resonancia en Circuito 2rio------------------------- 32
5.5 Ensayo de Descargas Eléctricas en LAT ---------------------------- 33
5.6 Simulación del Circuito de la BTi--------------------------------------- 34
5.7 Diagnóstico y Conclusiones de la BTi ------------------------------ 36
6. REDISEÑO Y REPOTENCIACIÓN DE LA FUENTE DE AT--------- 36
6.1 Fuentes de Alta Tensión con Circuito Duplicador ----------------- 36
6.2 Simulaciones de Fuentes de Alta Tensión en Vacío----------------- 39
6.2.1 Circuito de Greinacher ------------------------------------------------ 39
6.2.2 Circuito de Latoure------------------------------------------------------ 40
6.3 Simulaciones de Fuentes de Alta tensión con Carga------------------- 40
6.4 Armado y Ensayo de Fuentes de Alta tensión-------------------------- 42
6.4.1 Ensayo de Aislación de los Transformadores--------------------------- 45
6.4.2 Ensayo de Fuente de AT en Vacío y su Regulación ---------- 47
7. BOBINA DE TESLA mini Y CAPACITORES DE PRUEBA ------------------ 49
7.1 Bobina de Tesla mini---------------------------------------------- 49
7.2 Capacitores de Prueba --------------------------------------------------- 50
8. BANCO DE CAPACITORES DE ALTA TENSIÓN------------------ 54
8.1 Diseño del Banco de Capacitores----------------------------- 54
8.2 Armado del Banco de Capacitores---------------------------------- 58
8.3 Ensayos al Banco de Capacitores de AT------------------------ 63
8.3.1 Medición de las Capacidades del BC----------------------------- 63
8.3.2 Ensayos de Aislación en el BC -------------------------------- 65
8.3.3 Ensayos de Solicitación en Tensión al BC --------------------- 66
9. BOBINA DE TESLA MEJORADA - BTM -----------------------66
9.1 Diagrama de Boode en Circuito Secundario ----------------------- 68
9.2 Medición de Bobinas L1 y L2 --------------------------------------- 70
9.3 Medición del Coeficiente de Acoplamiento k ------------------------ 72
9.4 Medición de Capacidades Secundarias ------------------------------- 72
9.5 Sintonización Final de la BTM --------------------------------------- 74
10. EXPLOSORES Y DISTANCIAS PEQUEÑAS DE DESCARGA-------------- 75
10.1 Explosores Estáticos---------------------------------------------- 76
10.2 Explosor Rotativo --------------------------------------------------- 80
11. PRESUPUESTO / COSTOS ---------------------------------------------- 82
12. TENSIÓN DE DESCARGA EN FUNCION DE LA DISTANCIA ------------ 85
13. SIMULACIONES DE LA BTM EN QUICKFIELD------------------------- 88
BIBLIOGRAFIA:------------------------------------------------------------ 93
ANEXO A: Simulaciones de las FAT con Carga en MicroCap-12 ------------- 94
ANEXO B: Ensayos de la Fuente FD6 y Elementos de la BTm -----------101
ANEXO C: Armado y Ensayo de los Capacitores de Prueba--------------112
ANEXO D: Simulaciones en la salida de la BT.-----------------------------123
ANEXO E: PLANOS DE LA BTM Y DIAGRAMAS ELECTRICOS--------------129 |
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Silva, Normando Jose |
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Silva, Normando Jose Grosso, Lucas Iván |
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I91-R383-123456789-16882025-09-01T12:45:36Z Diseño y construcción de un transformador de Tesla Grosso, Lucas Iván Silva, Normando Jose Parellada, Adolfo PROYECTO FINAL BOBINA TESLA FUENTE DE ALTA TENSIÓN EXPLOSOR BANCO DE CAPACITORES DE ALTA TENSIÓN ÍNDICE RESUMEN --------------------------------------------------------------------2 1. INTRODUCCIÓN---------------------------------------------------3 1.1 Contexto Histórico ---------------------------------------------------3 1.2 La Bobina de Tesla ------------------------------------------------------5 1.3 Principio de Funcionamiento---------------------------------------------6 1.4 Modelo Matemático del Sistema------------------------------------------8 2. APLICACIONES DE LA BOBINA DE TESLA -------------------------- 13 2.1 Prueba de Materiales Aislantes----------------------------------------- 13 2.2 Ensayos de Aisladores de Alta tensión ------------------------------ 13 2.3 Generación de Pulsos de Alta frecuencia-------------------------- 14 2.4 Investigación sobre rayos ------------------------------------------------ 14 3. ASPECTOS DE SEGURIDAD ------------------------------------------- 15 4. RELEVAMIENTO, DESCRIPCIÓN Y DISEÑO DE LA BTi----------- 16 4.1 Esquema del Circuito Eléctrico de la BTi--------------------------- 16 4.2 Transformador de Alta Tensión------------------------------------- 17 4.3 Circuito Multiplicador de Tensión--------------------------------------- 17 4.4 Resistencia Limitadora y Bobina de Choque---------------------------- 19 4.5 Capacitor Primario --------------------------------------------- 20 4.6 Explosor o Spark Gap------------------------------------------------ 21 4.7 Inductancias del Transformador de TESLA, Bobina 1ria y 2ria ---------- 22 4.8 Toroide y Capacitor Secundario ------------------------------------ 27 5. PUESTA A PUNTO Y ENSAYOS SOBRE LA BTi------------------- 28 5.1 Ensayo de Fuente de Alta Tensión y Condensador C1 ------------- 29 5.2 Ensayo de Resonancia en Circuito 1rio----------------------------------- 30 5.3 Determinación del Coeficiente de Acoplamiento -------------- 31 5.4 Ensayo de Resonancia en Circuito 2rio------------------------- 32 5.5 Ensayo de Descargas Eléctricas en LAT ---------------------------- 33 5.6 Simulación del Circuito de la BTi--------------------------------------- 34 5.7 Diagnóstico y Conclusiones de la BTi ------------------------------ 36 6. REDISEÑO Y REPOTENCIACIÓN DE LA FUENTE DE AT--------- 36 6.1 Fuentes de Alta Tensión con Circuito Duplicador ----------------- 36 6.2 Simulaciones de Fuentes de Alta Tensión en Vacío----------------- 39 6.2.1 Circuito de Greinacher ------------------------------------------------ 39 6.2.2 Circuito de Latoure------------------------------------------------------ 40 6.3 Simulaciones de Fuentes de Alta tensión con Carga------------------- 40 6.4 Armado y Ensayo de Fuentes de Alta tensión-------------------------- 42 6.4.1 Ensayo de Aislación de los Transformadores--------------------------- 45 6.4.2 Ensayo de Fuente de AT en Vacío y su Regulación ---------- 47 7. BOBINA DE TESLA mini Y CAPACITORES DE PRUEBA ------------------ 49 7.1 Bobina de Tesla mini---------------------------------------------- 49 7.2 Capacitores de Prueba --------------------------------------------------- 50 8. BANCO DE CAPACITORES DE ALTA TENSIÓN------------------ 54 8.1 Diseño del Banco de Capacitores----------------------------- 54 8.2 Armado del Banco de Capacitores---------------------------------- 58 8.3 Ensayos al Banco de Capacitores de AT------------------------ 63 8.3.1 Medición de las Capacidades del BC----------------------------- 63 8.3.2 Ensayos de Aislación en el BC -------------------------------- 65 8.3.3 Ensayos de Solicitación en Tensión al BC --------------------- 66 9. BOBINA DE TESLA MEJORADA - BTM -----------------------66 9.1 Diagrama de Boode en Circuito Secundario ----------------------- 68 9.2 Medición de Bobinas L1 y L2 --------------------------------------- 70 9.3 Medición del Coeficiente de Acoplamiento k ------------------------ 72 9.4 Medición de Capacidades Secundarias ------------------------------- 72 9.5 Sintonización Final de la BTM --------------------------------------- 74 10. EXPLOSORES Y DISTANCIAS PEQUEÑAS DE DESCARGA-------------- 75 10.1 Explosores Estáticos---------------------------------------------- 76 10.2 Explosor Rotativo --------------------------------------------------- 80 11. PRESUPUESTO / COSTOS ---------------------------------------------- 82 12. TENSIÓN DE DESCARGA EN FUNCION DE LA DISTANCIA ------------ 85 13. SIMULACIONES DE LA BTM EN QUICKFIELD------------------------- 88 BIBLIOGRAFIA:------------------------------------------------------------ 93 ANEXO A: Simulaciones de las FAT con Carga en MicroCap-12 ------------- 94 ANEXO B: Ensayos de la Fuente FD6 y Elementos de la BTm -----------101 ANEXO C: Armado y Ensayo de los Capacitores de Prueba--------------112 ANEXO D: Simulaciones en la salida de la BT.-----------------------------123 ANEXO E: PLANOS DE LA BTM Y DIAGRAMAS ELECTRICOS--------------129 RESUMEN El Transformador de Tesla es un dispositivo fascinante capaz de crear efectos visuales llamativos; generando impulsos electromagnéticos de alto voltaje en el orden de los kilo o megavoltios de amplitud, produciendo arcos o descargas eléctricas considerables que se comportan de igual forma a un rayo eléctrico natural. Este proyecto se concentra en el diseño y construcción de una Bobina de Tesla versátil, la cual se pueda utilizar para realizar muestras, ensayos e investigaciones. Parte principal de este proyecto es la realización de una fuente de alta tensión capaz de entregar la potencia y el voltaje adecuado a la Bobina y que los diferentes componentes de la misma estén correctamente dimensionados. Además, el diseño y construcción de un Banco de Capacitores de Alta tensión el cual es un componente principal del circuito resonante. El capacitor primario es el encargado de almacenar la energía provista por la fuente y por medio del explosor descargarse en la bobina primaria cerrando el primer lazo resonante. El circuito resonante secundario está compuesto por una bobina cilíndrica acoplada inductivamente a la bobina primaria y un toroide formando el lazo secundario, donde se tiene la mayor tensión del circuito y se producen los efluvios o descargas eléctricas ya que se supera la rigidez dieléctrica del Aire. Para el cierre del lazo primario se tiene al explosor o spark gap compuesto por electrodos a diferentes tensiones separados una dada distancia. En este proyecto se realizaron pruebas de diferentes tipos de explosores estáticos, rotativos y de diferentes materiales, lo cual determina también el rendimiento a la salida y el correcto funcionamiento de la Bobina de Tesla. Este proyecto fue presentado en los siguientes eventos organizados por la Universidad Nacional de Tucumán – FACET en San Miguel de Tucumán destinado a estudiantes secundarios, universitarios y profesionales en general con el propósito de mostrar las Ofertas Académicas, siendo parte de la visita al Laboratorio de Alta Tensión- IATTE: • La Muestra "Exactas para Todos" – 15 a 17 junio del 2023 • La Muestra "Exactas para Todos" – 12 a 14 junio del 2024 Dicho proyecto finalizado compuesto por la Fuente de Alta tensión, el Banco de capacitores de alta tensión, la Bobina de Tesla y sus diferentes componentes quedan en el Laboratorio de Alta Tensión – IATTE de la UNT para formar parte del equipamiento de alta tensión, para poder realizar futuras mejoras, muestras, ensayos e investigaciones. 2025-08-06T12:01:26Z 2024-12-05 Thesis https://ridunt.unt.edu.ar/handle/123456789/1688 es application/pdf Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Departamento de Ingeniería Eléctrica |