bobina tesla-unsaac

Si lo que quieres es encontrar los secretos del Universo, piensa en trminos de energa, frecuencia y vibracin.

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INDICE

1. INTRUDUCCION............ 2

2. DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES DE LA BOBINA DE

TESLA... 3

3. CALCULOS DE LOS COMPONENTES DE LA BOBINA... 12

4. DISEO Y CONSTRUCCION DE LA BOBINA DE TESLA 15

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 25

6. BIBLIOGRAFIA... 27


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1.- INTRODUCCIN

La bobina de Tesla es un generador electromagntico que produce descargas

de alta tensin de elevadas frecuencias con efectos observables, como

manifestacin de la existencia de campo elctrico y magntico este experimento

ha evolucionado, pero debe mencionarse que a partir de su creacin an se

estudian las aplicaciones de los resultados obtenidos en diferentes campos de

las ciencias y de la vida cotidiana, lo que convierte este experimento en hito de

las historia.

La bobina de tesla es un transformador resonante que consta de un circuito

primario sintonizado con una bobina secundaria. Un transformador de alto voltaje

provee la corriente elctrica necesaria para su funcionamiento. Con ayuda de

este transformador el condensador se carga dentro del circuito primario; cuando

la diferencia de potencial lo suficientemente alta, el transformador y el

condensador rompen la resistencia del aire en el explosor, creando arcos

elctricos que permite que el condensador se descargue en la bobina primaria.

Esta bobina primaria se encuentra en sintona con la bobina secundaria. En la

parte superior de la bobina secundaria se encuentra una esfera que acta como

un condensador.

Cuando pasa la corriente a travs de la bobina primaria, esta crea un campo

electromagntico que permite que se pueda descargar en la bobina secundaria

con el fin de aumentar el voltaje, que al descargarse a tierra crea un fuerte campo

electromagntico que incrementa el voltaje en la esfera, lo que normalmente

produce que este se descargue en forma de arco elctrico hacia el aire de su

alrededor debido al alto voltaje del orden de cientos de miles de voltios. Para

obtener un ptimo funcionamiento es necesario que la bobina primaria y


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secundaria estn en resonancia. Esto se logra ajustando los inductores y

condensadores del circuito primario y secundario respectivamente.

2.- DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES DE LA BOBINA DE TESLA

2.1 Transformador Elevador.-

Un trasformador de alto voltaje es uno de los componentes principales ms

importantes y el que brinda el correcto punto de partida de la Bobina Tesla, este

transformador permite convertir el potencial elctrico proporcionado por la red

elctrica domiciliaria en un potencial elctrico mayor con el fin de poner en

funcionamiento el circuito secundario de la bobina de tesla.

2.2 Capacitor Principal.-

El capacitor de alto voltaje es quizs la parte ms sensible de una Bobina Tesla.

Dado que est sometido a voltajes enormes y que a sus descargas producen

corrientes elctricas del orden de cientos de amperes a frecuencias de cientos

de KHz. Es una parte de enorme importancia en el funcionamiento del sistema

entero.

En principio el condensador es un depsito para la anergia proporcionada por el

transformador. Adems tiene como funcin, en conjunto con la bobina primaria

y el explosor, generan pulsos de alta frecuencia que hacen funcionar la bobina.

Los valores de capacidad del condensador suelen estar entre 0.05 F y 0.02 F.

Su valor influye en la frecuencia de resonancia del primario y del secundario, y

en la mxima potencia disponible para la Bobina Tesla. Dada la naturaleza de

su funcin, el condensador utilizado debe satisfacer las siguientes condiciones:


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1. Tener una resistencia dielctrica.- Como se trabaja con altos el

condensador debe ser capaz de soportarlos. Debe resistir voltajes iguales

al pico del transformador, e incluso debe ser capaz de tolerar picos

ocasionales de hasta el doble del voltaje de aquel.

2. Apropiado para su uso a radiofrecuencias.- Aunque el capacitor se

carga con corriente continua alterna en el rango de 50-60 Hz, su descarga

es una oscilacin elctrica de cientos de miles de ciclos por segundo. A

estas frecuencias el dielctrico no debe absorber cantidades importantes

de energa pues esta energa naturalmente se convierte en calor, lo cual

puede afectar su estructura molecular. Los condensadores comerciales y

los caseros de buena calidad tienen como dielctrico polipropileno,

polietileno o poli estireno, plsticos cuyas prdidas y radiofrecuencias son

muy bajas y prcticamente no sufren calentamiento interno.

3. Tolerar la corriente de descarga.- La corriente de descarga de un

capacitor es del orden de cientos de amperes y debe ser capaz de

resistirlos; de otro modo sufrir de calentamiento excesivo que podra

llegar a destruirlo.

Fig. 1.- Transformador Flyback.


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2.3 Bobina Primaria.-

La bobina primaria y el condensador primario forma el circuito primario. Este

circuito resonante paralelo es responsable de la generacin de oscilaciones de

RF en el sistema de la Bobina Tesla cada vez que se den los arcos.

Fig. 2.- Bobina Primaria

Hay varios aspectos de la bobina que se deben considerar en la etapa de diseo

de una Bobina Tesla:

1. Capacidad de altas, las corrientes pico en el circuito primario son enormes

cuando los fuegos de chispa y el condensador de depsito se descarga

en la bobina primaria. En un TC pequeo el pico de la corriente puede ser

alrededor de 100, y en un sistema grande la corriente pico puede ser de

varios de miles de amperios. La corriente pico real depende de la tensin

del circuito primario y la impedancia del circuito primario.


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2. El efecto piel es otra consideracin que se debe tomar en cuenta, esto

significa que si utiliza un buen conductor para el circuito primario,

entonces las corrientes primarias se ven obligadas a fluir en una capa ms

fina ms cerca de la superficie del conductor. Es decir solo se utiliza la

parte superficial del conductor para transmitir corriente, pero sirve de

ayuda en la conduccin de calor. Por estas razones, tubo de cobre es una

opcin para las bobinas primarias. Esto representa un buen compromiso

entre la conductividad y facilidad de formar en la forma deseada.

3. Inductancia ajustable, para que una Bobina Tesla tenga un correcto

funcionamiento de los circuitos primario y secundario deben estar

sintonizados en las misma frecuencia de resonancia. Esto se puede lograr

haciendo que uno de los componentes del primario o el circuito secundario

sea ajustable. En un TC la frecuencia de resonancia del secundario esta

generalmente fijada en la etapa de diseo, por lo tanto, la frecuencia

primaria (FP) debe ser ajustable para permitir una afinacin precisa. La

forma ms sencilla de conseguir esto es por lo que la inductancia primaria

es ajustable por medio de un punto de derivacin mvil. Esto permite que

el nmero requerido de vueltas en el primario para ser seleccionado para

conseguir la frecuencia resonante deseada.

La frmula para la frecuencia primaria ajustable es:

=1

2


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4. Para la trasferencia de energa en un sistema de dos bobinas de

acoplamiento magntico entre la bobina primaria y la bobina secundaria

es bastante bajo (K0.2).

5. Entre una de las condiciones de funcionamiento esta en primer lugar, el

bobinado primario debe ser capaz de soportar la tensin primaria pico a

travs del nmero de vueltas que se utilizan. Las tensiones pico primarias

pueden ser bastante altas, pero generalmente esto se aplica sobre varias

de las vueltas de la bobina primaria. Esto significa que la diferencia de

tensin entre las vueltas adyacentes es bastante baja. La excepcin a

esto sera una tensin primaria muy alta aplicada a travs de un pequeo

nmero de espiras estrechamente espaciados. Esta situacin puede

requerir la atencin de la posibilidad de aislamiento inter-vuelta.

6. Otra consideracin importante es cuando hay un espacio libre de la bobina

primaria y esfera de descarga en la parte superior de la secundaria. El

posicionamiento relativo de las bobinas primarias y secundarias es

dictada por el requisito de acoplamiento mencionado anteriormente. Por

esta razn la holgura de la bobina primaria al toroide depende

principalmente de la longitud de la bobina secundaria y debe ser

influenciada por la longitud de chispa esperada impedancia.


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2.4 Bonina Secundaria.-

La bobina secundaria no tiene que ser diseado para corrientes altas, pero

tambin debe soportar la tensin muy alta. Como habr una onda estacionaria

en la bobina, en la base de la bobina que est conectada a RF-tierra, las

corrientes estarn en el rango de varios amperios.

Fig. 3.- Bobina Secundaria

El voltaje requiere un buen aislamiento. No use alambre muy delgado debido a

que las altas corrientes de base, podra causar prdidas muy elevadas.

Tpicamente, la relacin entre la altura y el dimetro de la bobina secundaria est

en un intervalo de 3:1 a 5:1. Esto tiene que ver con el acoplamiento entre el

circuito primario y secundario. Para bobinas de alta potencia, se utiliza una

relacin de 3:1. Para pequeas bobinas es necesario la relacin de 5:1.


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Existen varios factores que influyen en su dimensin de la bobina:

1. La inductancia debe coincidir son la frecuencia de resonancia junto con la

capacitancia y auto capacitancia del toroide.

2. La auto capacitancia debe estar en mximo de la capacitancia del toroide.

3. Numero de vueltas debe estar en el rango de alrededor de 1000.

La inductancia de la bobina secundaria puede ser calculada con la frmula de

Wheeler:

=()2

9R + 10H

Donde:

=

=

=

=

La bobina secundaria junto con la primaria son la parte transformadora del

Transformador de Tesla. En este gran solenoide donde se generan los altos

voltajes que producen esas espectaculares descargas al aire, que son el

principal objetivo de este proyecto.

La bobina secundaria usualmente se construye en forma de solenoide, pero

tambin puede tener forma cnica. Se construye sobre alguna forma cilndrica

plstica. El material ms comn es el PVC por su rigidez y su bajo costo. El

secundario se devana con conductor de cobre de calibres que van de 0.3 a 1mm

de dimetro. La eleccin exacta depende de las dimensiones que se deseen


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para la bobina y la potencia manejada por el sistema, adems de considerar que

los secundarios tienen entre 800 y 1500 espiras de conductor de cobre por lo

general. La longitud del devanado depende de la potencia del sistema, ya que

mayores potencias implican descargas ms largas y ms posibilidades de que

forme un arco entre el toroide y la bobina primaria. Esto no es problema si se

cuenta con dispositivos de proteccin adecuado para el transformador, pero

tampoco es muy vistoso que la mayor parte de las descargas terminen incidiendo

sobre el primario.

Una vez devanado el secundario es muy recomendable darle una barnizada,

para mantener firme el alambre y evitar que pierda fuerza, adems de que

estticamente se ve muy bien; inclusive se tiene ms proteccin sobre el

conductor pues la resistencia dielctrica y la formacin de arcos a lo largo del

secundario se incrementa. En pocas palabras, se garantiza una vida ms larga

a la bobina.

2.5 Esfera.-

La forma de carga superior le ayudara a determinar donde los arcos se

desataran. La esfera (tambin puede ser un toroide) es una forma para la carga

superior.

Como la bobina opera una carga, se acumula alrededor de la superficie de la

carga superior. La ventaja de concentrar el campo alrededor del radio de la

esfera es para ayudar a dirigir los arcos hacia el exterior. La esfera dar lugar a

una distribucin ms uniforme, pero con pequeos arcos.


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Fig. 4.- Carga superior de forma esfrica, determina los arcos

El tamao de la carga superior y la cantidad de energa aplicada dictaran el

tamao y el nmero de arcos que produce la Bobina Tesla. Si la carga superior

es pequea en relacin a la potencia de entrada, entonces se producen muchos

arcos simultneos, ms cortos. A medida que el tamao de la carga superior se

aumenta el nmero de arcos se reducir y la longitud de arcos aumentara. Si la

esfera es demasiado grande la fuerza de campo no ser suficientemente fuerte

para permitir cualquier arco de ruptura.

Al momento de colocar un objeto puntiagudo como una tachuela o una pequea

bola metlica en la esfera crearan una interrupcin en el campo y permitir que

los arcos salgan desde el estallido punto.

Un mtodo usado para la construccin de la esfera es envolver aluminio secador

alrededor de un molde. Una carga superior puede ser de prcticamente cualquier

cosa con una forma lisa cubierto de papel aluminio.


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3.- CALCULOS DE LOS COMPONENTES DE LA BOBINA

Para el diseo y construccin de una Bobina Tesla de pequea o mediana

potencia, y el dimensionamiento adecuado de los equipos utilizados, fueron

necesarios realizar los siguientes clculos:

3.1 Fuente de alimentacin.-

Se considera una fuente de alimentacin de uso comercial (FlyBack), con

las siguientes caractersticas:

Voltaje primario: 220V

Voltaje secundario: 15kV

Corriente secundario: 30mA

Potencia:

Frecuencia: 60Hz

3.2 Capacitor principal.-

Con las caractersticas de la fuente de alimentacin seleccionada

calculamos el valor del capacitor principal, teniendo en cuenta que para

que existe la mxima transferencia de potencia, la impedancia del

capacitor debe ser igual o cercana a la impedancia de la fuente:

=

El capacitor para un descargador, estticos.

=401

1

=

= 40

= , =


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3.3 Bobina secundaria.-

Para el clculo de la bobina secundaria se seleccion un tubo PVC de

11cm de dimetro y una altura de 54 cm, ya que al hacer la relacin de

altura dimetro H:D.

Adems con un conductor esmaltado AWG#31 para el bobinado.

=

=30

0.03579= 838

Aplicando la frmula de Wheeler segn hallamos el valor de la

inductancia de nuestra bobina secundaria:

=2 2

2540(9 + 10)

Donde:

= ()

= ()

= ()

=

Aplicando la frmula de Medhurst, hallamos la capacidad parasita de la

bobina secundaria:

=

Donde:

= ()

= ()

= 0.100976

+ 0.30963


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La longitud total del conductor segn Eduardo Prez de Obamos Francs

es:

= 2

Teniendo la longitud total del conductor, y sabiendo que es de cobre,

procedemos al clculo de la resistencia de la bobina secundaria:

=

()

3.4 Esfera.-

En nuestro caso hemos trabajado con una esfera, entonces procedemos

al clculo de la capacidad de una esfera:

3.5 Bobina primaria.-

La inductancia en el lado primario es:

=1

2()

=1

(2)2


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La inductancia L esta en H:

L =()2

2.54(8 + 11)

Donde:

= .

= ().

= ().

Entonces el valor de y es:

=()2

2.54(8 + 11)

El nmero de vueltas del primario es:

= 2.54(8 + 11)

2

4.- DISEO Y CONSTRUCCION DE LA BOBINA DE TESLA

Para el diseo y construccin de la Bobina Tesla de mediana potencia se realiz

la construccin de algunos componentes como (Descargadores, Bobina

Primaria, Bobina Secundaria, bases de sujecin).

Otros componentes como (Esfera, Capacitores y Transformador, Reactor) se

adquirieron (se compraron) debido a sus caractersticas propias y para garantizar

un funcionamiento ptimo.


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4.1 Fuente de alimentacin.-

La fuente de alimentacin constituye el primer elemento y bsicamente es

uno de los ms importantes para el correcto funcionamiento ya que es de

aqu donde se proveer de energa para que surja efecto el experimento.

Como ya se antecedi en la descripcin de los componentes, hemos

usado el trasformador FlyBack que encontramos en los televisores.

Un transformador Flyback (FBT) o transformador de lneas es un tipo de

transformador que genera el alto voltaje necesario para hacer funcionar

un tubo de rayos catdicos (CRT). Genera un voltaje de unos 18 kilo

voltios DC (corriente continua) (18.000 v) en el caso de tubos

monocromos, o de 20 a 30 DC kilovoltios para un tubo en color, este

voltaje tan elevado no siempre sale en su totalidad del Flyback sino que

en el circuito del mismo aparato que lo use (televisor o monitor) puede

incorporar un multiplicador de voltaje, normalmente un triplicador, lo que

nos entregara el voltaje previsto de 18 a 30 Kv para alimentacin del

nodo del CRT.


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Caractersticas:

Voltaje primario: 220V

Voltaje secundario: 15kV

Corriente secundario: 30mA

Potencia:

Frecuencia: 60Hz

Fig.5.- Fuente de alimentacin, transformador Flyback.

4.1 Bobinas secundaria.-

Para su construccin fueron necesarios los siguientes equipos y

materiales:

Cable esmaltado #31.

Tuvo PVC.

Cinta Masking.

Papel aislante de alta tensin.

Guantes.


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Procedimiento.-

Est construida sobre un tubo, en los extremos de este se realizaron

orificios para realizar las diferentes conexiones con la esfera y hacia a

tierra, luego el enrollamiento se le realizo con la maquina bobinadora

hasta obtener 820 vueltas. A cada extremo se dej una distancia de largo

del cable bobinado para realizar conexiones.

Fig. 6.- Construccin de la Bobina Secundaria Realizada en la Maq. Bobinadora

4.2 Bobinas primaria.-

Debido a la variedad de formas que puede tener esta bobina, se opt por

construir una espiral alrededor del bobinado secundario, de acuerdo a

investigaciones una forma ms ptima para que surja efecto el

experimento seria la espiral plana de Arqumedes, pelo el que ms se


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acopla a nuestro experimento es la espiral a travs del bobinado

secundario, a continuacin se detalla los materiales y herramientas

utilizados para su construccin:

Para su construccin fueron necesarios los siguientes materiales y

herramientas:

Aislante.

Cable #12.

Terminales.

Procedimiento.-

La corriente elctrica que circula por los conductores solamente se

transporta por la parte externa del conductor de cobre que se debera

utilizar para la conduccin elctrica, en este experimento hemos utilizado

un conductor de calibre #12, este cable se le dio 5 vueltas (espiras)

alrededor de la bobina secundaria.

Fig. 7.- Construccin de la bobina primaria.


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4.3 Capacitor principal.-

Para lograr el valor de tensin y capacitancia deseado, se fabric un

capacitor, que sea capaz de soportar tensiones altas, como se evidencia

en la figura:

Fig. 8.-Construccion del capacitor.

4.4 Esfera.-

Fue necesario adquirir algunos elementos para la construccin de la

esfera:

Aluminio para cocina.

Esfera plstica.

El diseo se muestra en la siguiente pgina:


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Fig. 9.- Construccin de carga superior de forma esfrica, determina los arcos

4.5 Reactor.-

Es un equipo que sirve para mantener estable y limitar un flujo de corriente

para lmparas, ya sea un tubo fluorescente, una lmpara de vapor de sodio,

una lmpara de haluro metlico o una lmpara de vapor de mercurio.

Tcnicamente, en su forma clsica, es una reactancia inductiva que est

constituido por una bobina de alambre de cobre esmaltado, enrollada sobre

un ncleo de chapas de hierro o de acero elctrico. En la actualidad, existen

de diversos tipos, como los balastos electrnicos usados para lmparas

fluorescentes o para lmparas de descarga de alta intensidad.


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En un tubo fluorescente, el papel del balasto es doble: proporcionar la alta

tensin necesaria para el encendido del tubo y despus del encendido del

tubo, limitar la corriente que pasa a travs de l.

Fig. 10.- Reactor utilizado en el experimento.


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4.6 Diseo final y funcionamiento de la Bobina Tesla

Finalmente el experimento concluido nos queda de la siguiente manera:

Fig. 11.- Construccin final de la Bobina Tesla.


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Figs. 12.- Construccin final de la bobina y de los componentes.


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5.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones.-

La bobina de Tesla es un dispositivo que utiliza el principio de resonancia,

en este caso elctrica, para la elevacin en la frecuencia de una seal de

voltaje mediante un transformador especial, que genera la emisin de un

plasma en el aire circundante.

La Bobina Tesla funciona como un transformador de ncleo de aire

que trabaja a altas frecuencias, donde su lado primario como

secundario tienen componentes que se encuentran en resonancia. El

transformador de 15kV proporciona la energa necesaria, misma que

ser almacenada por el capacitor

El transformador Flyback en el secundario es un componente que nos

permite mantener los parmetros de voltaje y corriente regulados,

limitando el aumento en la corriente, esto debido a que el ncleo del

transformador se satura, evitando aumento en los parmetros.

Se lleg a la conclusin de que las aplicaciones de la bobina de

Tesla son muy reducidas, ya que genera una gran cantidad de

energa, pero al tratar de desplazarla a otro lugar, la chispa se va

haciendo ms dbil hasta desaparecer.

Cuando se haga cualquier tipo de demostraciones con la Bobina

Tesla se deben tener en cuenta los riesgos en que se incurre, como

la posibilidad de producir incendios, fuertes campos de induccin y

radiacin, produccin de ozono e interferencia de radiofrecuencia

entre otras.


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5.1 Recomendaciones

Entre uno de los protocolos a considerar para el funcionamiento, la

Bobina Tesla est el protocolo de seguridad. Es importante tomar las

precauciones debidas cuando se manejan voltajes elevados, para

evitar accidentes sobre la integridad fsica de las personas. Por otra

parte, debido a las descargas elctricas y con la ionizacin del aire

resultante se debe considerar los equipos adecuados de uso interno

del laboratorio durante el desarrollo de las prcticas con la BT como

consecuencia de la produccin de ozono y ruido.

Las medidas de seguridad como son guantes, casco, orejeras,

mascarilla, mandil, deben estar siempre presentes al momento de

utilizarlos donde se utilice este experimento ya que estos accesorios

pueden reducir el riesgo potencial de un accidente e incluso evitar que

se pierdan vidas humanas por este tipo de situaciones.

Cuando se desee realizar cualesquier tipo de modificaciones a

cualquier elemento de la Bobina Tesla se debe primero asegurar que

estn descargados completamente, para esto usamos una prtiga que

est aislada correctamente, ya que algunos de los elementos pueden

quedar cargados como son el caso de las capacitores, y es en donde

se debe de tener un mximo cuidado ya que se trata de voltajes

superiores a los 15 kV, y un accidente de estos pueden contraer

accidentes fatales e incluso la muerte.


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6.- BIBLIOGRAFIA

Corts, D. et al. Diseo y construccin parcial de una bobina Tesla.

Manizales Colombia, 2004. Trabajo de grado. Universidad Nacional de

Colombia. Departamento de Ingeniera Elctrica, electrnica y

computacin.

Bedoya, Duvier. Roldan, francisco. Diseo y construccin de un

espintermetro para un generador de impulso de alta tensin. Scientia et

technica. U.t.p. Ao xi, no 28. Pereira - Colombia, 2004.

Roth, a. Tcnica de alta tensin. Barcelona, labor, 1966.

Grupo de investigacin TESLA TECHNOLOGY RESEARCH COMPANY

PROFILE

Universidad Politcnica de Salesiana Sede Cuenca. Carrera Profesional

de Ingeniera Elctrica. Tesis previa para la obtencin de ttulo

profesional. Diseo y construccin de una bobina tesla de 15kv en el

primario para el laboratorio de alta tensin de la Universidad Politcnica

de Salesiana Sede Cuenca. Autores, Danny Fabin Hurtado Romero,

Fabricio Eduardo Villamar Eras.

http://www.comunidadelectronicos.com/articulos/flyback.htm#Cap3

http://es.wikipedia.org

https://www.youtube.com

bobina tesla-unsaac

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