Simulaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de
telecomunicación, Universidad Pública de Navarra.
Al no poseer de material para hacer simulaciones hemos optado por extraer las imágenes
simuladas del comportamiento de un spark gap por la Universidad Pública de Navarra. Estos
valores son similares al comportamiento teórico de nuestro spark gap pero con valores
diferentes. Con estas simulaciones queremos dar a entender el comportamiento básico de un
spark gap.
Como podemos observar, el spark gap, en la primera representación (color azul) genera una
frecuencia oscilante amortiguada, ya que disminuye con el tiempo hasta hacerse cero, se
hace cero la tensión cuando el spark gap abre el circuito, pero la frecuencia no se hace cero
en el circuito secundario. En la segunda representación (color negro), ajustan esa frecuencia
en ciclos, que empiezan desde cuando se genera hasta cuando se “vuelve prácticamente
cero”, decimos prácticamente ya que siempre hay una frecuencia de oscilación en nuestro
caso 50 Hz, por lo tanto lo representan con la barra negra. Para finalizar, la última
representación (color verde), “transforman” o representan la segunda representación (color
negro), como una frecuencia de pulsos, para hacerlo más sencillo, podemos imaginarnos
como si fueran 0 y 1, el cual el cero es cuando aún no se ha generado el aumento de
frecuencia, y el 1 es cuando se genera y después disminuye hasta hacerse prácticamente nula
por lo tanto un 0.
Imagen ampliada:
Para poder saberlo teóricamente, usan esta fórmula (esta ecuación proviene después de la
aplicación de la ley de Kirchhoff.
“De esta manera podemos observar que en caso ideal que la w1=w2, las frecuencias que se
generaban van desde los 225.000 Hz hasta los 0 Hz, los cuales han sido representados en las
gráficas anteriores”
3.5. Cálculos de los elementos (SGTC)
En este apartado explicaré como he hecho cada elemento del circuito y que orden hemos
seguido, ya que para poder hacerla, nosotros en nuestro caso seguimos un orden determinado
a causa de que ya disponíamos de unos condensadores, lo cual reducía el coste de la
construcción de la bobina Tesla. Todos estos cálculos son teóricos ya que realmente para
hacerlo más exacto se tendrían que medir empíricamente todos los valores. Primero de todo
calculamos la inductancia de la bobina primaria, al mismo tiempo que calculábamos la
inductancia también pensamos en tener una alta frecuencia, la cual sería necesaria para la
posterior práctica de la bobina Tesla con música (que ya explicaremos en su apartado
correspondiente). Después de tener la frecuencia de resonancia, la capacidad del
condensador primario y la inductancia de la bobina secundaria, calculamos la capacidad del
circuito secundario requerida para que el circuito secundario resonara a la misma frecuencia
que el circuito primario, al obtener el valor de la capacidad, calculamos la inductancia de la
bobina secundaria para que resonara con dicha capacidad secundaria, al obtener la
inductancia, calculamos la capacidad que tenía la bobina secundaria, cuando obtuvimos
dicho valor, calculamos la diferencia que había entre la capacidad total y la capacidad del
solenoide, dicha diferencia era la capacidad que necesitábamos que tuviera el toroide,
entonces ara finalizar calculamos la capacidad del toroide.
Parágrafo escrito por un alumno de la Universidad de Navarra
3.5.1. Transformador de alta tensión
En nuestro caso escogimos el transformador basándonos en la corriente que podía soportar,
dicha corriente era de 20 mA, por lo cual escogimos un transformador de 10 KV. Para tener
un margen de seguridad nuestro circuito trabaja a 18 mA, lo cual nos da una potencia de
trabajo de 180 W. Esta potencia era la perfecta para la finalidad de nuestro proyecto, ya que
nos permitía poder realizar la práctica con público en una clase, la causa principal era porque
las descargas de corona no son excesivamente grandes. Ahora vamos a explicar cómo
funciona nuestro transformador con un esquema sencillo: Lo que hace es transformar de 220
V a 10 KV, usando este sistema.
De esta manera podríamos incluso solo escoger una salida del transformador y por lo cual
obtendríamos una tensión de 5 KV. Como podemos deducir también la corriente que pueda
soportar el transformador viene dada por la sección usada en su fabricación.
3.5.2. Condensador primario
El condensador primario lo calculamos usando 6 condensadores en serie entre ellos y en
serie al circuito ya que de esa manera reducíamos la capacidad total del circuito primario y
dividíamos la tensión que había en cada uno de los condensadores ya que estos tenían que
soportar una tensión total de 20 KV, el doble de tensión de la que daba el transformador 10
KV, como medida de seguridad. Cada condensador de 0.12 µF (1*10-6
) soportaba una
tensión máxima de 4.400 V y cada condensador de 1 µF soportaba una tensión máxima de
3.600 V lo cual nos daba que soportaban en total 24 KV, un valor que nos fue muy bien para
evitar problemas.
3.5.3. Bobina primaria
Primero de todo escogimos la forma de la bobina primaria y nos decantamos por escoger la
bobina cónica invertida de Arquímedes, ya que nos proporcionaba mayor acoplamiento pero
tampoco demasiado lo cual decidimos hacerla con un ángulo de 45º. Para determinar la
inductancia necesaria lo hicimos a través de la frecuencia de resonancia, nosotros escogimos
una frecuencia de resonancia de 132.892 Hz.
Ya determinada la inductancia hay que calcular las dimensiones de la bobina primaria,
debido a que la bobina secundaria tenía que ir en el interior de la bobina primaria y tenían
que tener una margen como mínimo de 3 cm entre ellas, decidimos usar una bobina de 19
cm de diámetro interior ya que como ya disponíamos de un tubo de PVC de 16 cm de sección
para la elaboración de la bobina secundaria, la cual solo debíamos determinar la altura y
numero de vueltas.
Para acabar de determinar todos los datos que nos faltaban tuvimos que determinar la
cantidad de cable que necesitábamos, 7 metros aproximadamente, dejamos un margen de 0.5
metros aproximadamente por si se hubiera dado el caso que después hubiéramos necesitado
un poco más de cable.
También fue necesario calcular el valor de la resistencia del cable que iba a ser usado, ya
que al trabajar el circuito primario a la frecuencia de resonancia, las reactancias se anulan y
por lo tanto solo queda presente el valor de la resistencia del cable, y por lo tanto había que
tener en cuenta este factor ya que si no podían generarse corrientes importantes en el circuito
y podía suponer un problema.
0 comments: