Realizar Experimentos de Alta Tensión

Experimentos Seguros

Una forma de realizar experimentos seguros con alto voltaje consiste en el uso de bobinas de encendido o flybacks que permiten elevar la tensión a partir de una fuente alternada de bajo voltaje. De esta forma, la corriente disponible con voltajes de más de 10.000 Volts es pequeña y no causará mayores lesiones en caso de recibir una descarga accidental.

El flyback

El bobinado que permite elevar el voltaje hasta niveles interesantes para realizar experimentos, es un transformador especial de alta tensión denominado FLYBACK. En los televisores, el flyback es el encargado de entregar la corriente en forma de diente de sierra para excitar al yugo de deflexión horizontal además de generar varias tensiones para otros usos.

Fig. 1 El Circuito Provisorio

En la Fig. 1 observamos el circuito conectado en forma provisional, a mi me gusta utilizar los cables para conexiones rápidas en los breadbord, sin embargo, para este caso, recomiendo que en las salidas de alta tensión utilicen cables con un mejor aislante. Mientras probaba la distancia del arco, recibí unas cuantas descargas que perforaron la aislación de este cable y "picaron". A la derecha, de color negro, se distingue el flyback, a su lado, la parte inferior del transistor de potencia en su disipador; a la izquierda, en el breadboard, el 555 y los demás componentes. Para alimentar el circuito, utilicá una fuente de alimentación de PC.

Existen muchos tipos de flyback, y todo dispositivo que utilice un TRC (tubo de rayos catódicos) tendrá uno, esto incluye osciloscopios, televisores y monitores entre otros. La mayoría de los monitores de computadora y de televisores actuales tienen un rectificador incorporado. En el experimento que presento en este artículo utilicé un flyback que compré por 3 dólares.

Típicamente se pueden obtener 20 o 30 KV (20.000 o 30.000 Volts) de un flyback comercial. Estas tensiones son suficientes para comenzar a experimentar. En el caso de la mayoría de los flyback que se consiguen en el mercado, tienen incorporado un diodo rectificador en la salida que reduce notablemente el desempeño al contar con la mitad del ciclo. El flyback que uso en este experimento precisamente tiene un diodo y esto impide realizar algunos experimentos interesantes, por ejemplo, globos de plasma.

Los transformadores permiten elevar tensiones pero requieren de una fuente alternada. A diferencia de los transformadores convencionales que se usan, por ejemplo, en las fuentes de alimentación, los que tienen núcleos de hierro, los flybacks tienen núcleos de ferrite. La razón de esto es que mientras que los transformadores comunes trabajan con corriente alterna de línea con una frecuencia de 50 Hz. en Argentina (60 Hz. en EE.UU.), los flybacks trabajan con frecuencias en el orden de los kilohertz. Idealmente, la fuente debería variar entre un valor máximo positivo y un valor mínimo negativo, por ejemplo +5 y -5 y presentar una forma sinusoidal. En nuestro caso, emplearemos un multivibrador que nos permitirá variar la tensión entre +12 V y 0 V con una señal cuadrada. Para esto utilizaremos el clásico 555.

El Circuito Integrado 555

El multivibrador 555 es uno de los circuitos integrados más populares y versátiles que se conocen. En la entrada Temporizador Deportivo, muestro una aplicación de temporizador que utiliza precisamente este circuito integrado. Este componente fue introducido en el mercado en 1971 con el nombre SE555 y NE555 y se lo conocía como “La Máquina del Tiempo en un Circuito Integrado”. A pesar de los avances de la electrónica y especialmente de los microcontroladores, el 555 sigue vigente después de muchos años, gracias a su bajo precio (lo conseguimos en el centro porteño por 22 centavos de dólar) y gran estabilidad. ¡Se producen mil millones de unidades por año!

El Transistor de Potencia

El transistor NPN 2N3055 es capaz de manejar corrientes de hasta 15A y 60V con un límite de potencia de 115W. Como va a entregar bastante corriente, se lo debe montar con un disipador térmico.

Fig. 2 Transistor montado en su disipador

El circuito

En la Fig. 3 podemos observar el circuito básico que utilicé para este experimento, es bastante simple y consta de un CI 555, un transistor 2N3055, el flyback y unos pocos componentes más. Un lector me hizo notar que falta indicar el valor de uno de los capacitores, ambos son de 10.000 pF o 103.

Fig. 3 El circuito

Con esta configuración, la señal variará entre 0 y +12V con una frecuencia de 26.7 kHz.

Primer Experimento

El experimento básico que se puede realizar con alta tensión consiste en determinar la distancia del arco voltaico, es decir, la distancia que recorre la chispa.

Fig. 4 Experimento Básico

Técnicamente el arco voltaico está determinado por cuatro factores:

- La distancia entre los electrodos.
- El formato de los electrodos
- Si el voltaje es CC (corriente continua), CA (corriente alternada) o Pulsada (nuestro caso).
- El gas (y la presión del mismo) presente entre los electrodos.

Para fines prácticos, podemos señalar que en el aire, a presión normal, la distancia que recorrerá la chispa es de 1 mm. cada 1000 Volts.

Fig. 5 Detalle del Arco Voltaico

En nuestro primer experimento podemos observar una chispa de más de un centímetro y podemos decir informalmente que tenemos más de 10.000 Volts.

En próximas entregas presentaré interesantes Experimentos de Alto Voltaje que se pueden realizar con componentes simples y económocos.

Hasta la próxima,

Sergio Otaño