bobina de tesla relatorio

Prévia do material em texto

10
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ -
CAMPUS SOBRAL
CURSO SUPERIOR EM TECNÓLOGO EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
Cledilandio Ribeiro Vasconcelos
MINI BOBINA DE TESLA 
Solid State Tesla Coils (Bobina de Tesla em Estado Sólido)
SOBRAL
2019
Cledilandio Ribeiro Vasconcelos
MINI BOBINA DE TESLA
Solid State Tesla Coils (Bobina de Tesla em Estado Sólido)
Relatório técnico apresentado como requisito
parcial para obtenção de aprovação na disciplina de 
Eletricidade e eletromagnetismo, 
Do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial,
 No Instituto Federal do Ceará.
Prof. Leonardo Tabosa Albuquerque
SOBRAL
2019
Sumário
1.	Introdução	4
2.	Bobina de Tesla.	5
3.	Dimensionamento.	6
4.	Confecção dos indutores.	7
5.	Resultados Experimentais.	8
6.	Conclusão.	10
7.	Referencias.	10
1. Introdução
Construída inicialmente por Nikola Tesla (1856-1943) Fig. 1, um inventor nos campos da engenharia mecânica e eletrotécnica, de etnia Sérvia nascido na aldeia de Smiljan, Vojna Krajina, no território da atual Croácia.
Em 1899 Tesla produziu descargas elétricas com 38 metros de extensão entre eletrodos colocados a 61 metros acima do solo com sua bobina para 12 milhões de volts, em seu laboratório em Colorado Spring. Há rumores que a sobrecarga devido à potência utilizada foi tanta, que incendiou o gerador da Companhia Elétrica dessa cidade.
A transmissão da energia sem fio a longa distância era a ideia original, as primeiras tentativas de transmissão de sinais por ondas eletromagnéticas, se deu graças à bobina de tesla.
Figura 1
 Fonte: http://blog.novaeletronica.com.br/bobina-de-tesla/
 Nikola Tesla, aos 34 anos, 1890, fotografia de Napoleão Saron.
2. Bobina de Tesla.
A bobina é de construção simples, consiste em um transformador ressonante capaz de gerar altas tensões sobre altas frequências.
Neste trabalho será construída uma “Solid State Tesla Coils” (Bobina de Tesla em Estado Sólido), o que significa que não terá um centelhador como a do projeto original, o chaveamento será realizado por um transistor de potência que irá oscilar por realimentação positiva. 	 
No circuito apresentado na Fig. 2, B1 é uma fonte de 32v e 500ma, aproveitada de uma impressora antiga, R1 um resistor de 100kΩ responsável pela polarização do transistor, Q1 um transistor de potencia NPN tip3055 que ira alimentar L1, L1 um indutor formado por 7 espiras de fio 9awg enroladas sobre L2, L2 um indutor formado por aproximadamente 640 espiras de fio 26awg enroladas sobre um núcleo de ar de 40 mm de diâmetro e C2 não é um componente e sim a capacitância parasita entre a bobina e meio ao redor. 
A frequência de ressonância será ajustada automaticamente por meio de um feedback dado por L2 na base de Q1, esse efeito se dará da seguinte forma, L1 induzirá um campo magnético em L2, essa ira gerar uma força eletromotriz induzida que retornará em parte para base de Q1, fazendo que a corrente de polarização vá a zero e ele pare de conduzir, retornando assim ao estado inicial e entrando em um ciclo continuo e sequencial.
Figura 2 – Circuito da bobina de Tesla.
Fonte: autor do projeto
Os componentes utilizados para o projeto estão apresentados na Tab. 1.
Tabela 1 – Componentes do projeto.
	Fonte alimentação 
	32V/500ma
	Resistor
	100kΩ
	Transistor 
	Tip3055
	L1(indutor do primário)
	7 esp. 9awg/ 2,906mm
	L2(indutor do secundário)
	640 esp. awg26/ 0,4049mmǾ
	Caixa de mdf
	80 mm x 80 mm
	Cooler 
	12 V
	Tubo de PVC
	280mm x 40mm
Os parâmetros adotados para a construção estão apresentados na Tab. 2.
Tabela 2 – Parâmetros do projeto.
	Tensão de entrada
	32 V
	Tensão de saída
	3000 V
	Frequência de ressonância 
	Auto ajustável
3. Dimensionamento.
Através dos parâmetros estabelecidos para a construção da mini bobina de Tesla é possível realizar o dimensionamento dos componentes. Começando por L1 e L2, utilizando a (3.1) achamos suas indutâncias de aproximadamente 193,4 e 8,25mH/m respectivamente. 
	
	(3.1)
Onde l é o comprimento do indutor, n o número de espiras por cm, A a área da secção transversal.
Para encontrar a tensão na saída foi utilizada a (3.2), o que dá aproximadamente 3000v no secundário, suficiente para a ruptura dielétrica do ar que é de 30000v/cm ou 3000v/mm.
	
	(3.2)
Onde V1 e V2 são respectivamente tensão no primário e tensão no secundário e N1 e N2, números de espiras no primário e no secundário.
Foi utilizada a (3.3) para encontrar o perímetro de uma espira, com esse número e multiplicando pela quantidade de fios por cm, da Tab.3, encontrou-se a quantidade de fio necessária para a construção dos indutores, sendo aproximadamente 1m para o primário e 81m para o secundário.
	
	
(3.3)
	
	Fio AWG 9
	6,63esp/cm
	Fio AWG 26
	22,8esp/cm
	
	
4. Confecção dos indutores.
Para a confecção do secundário foi utilizado um moto redutor ligado a um inversor de frequência, isso possibilitou um enrolamento lento e bastante conforme, já que o fio 26awg é bem fino e flexível, esse foi enrolado no sentido anti-horário. Para o primário o processo foi totalmente manual, enrolando as espiras sobre o indutor secundário, como o fio 9awg é bem rígido, e o processo teve que ser refeito algumas vezes, não resulto em uma forma bem moldada, porem isso não afetou o resultado final, esse foi enrolado no sentido horário. O resultado é mostrado na Fig. 2. 
Figura 2 – Indutores.
Fonte: autor do projeto
5. Resultados Experimentais.
Com a montagem do circuito, iniciei os testes, o transistor utilizado era outro, Tip41, que se mostrou ineficiente, pois a tensão de realimentação feita por L2 ultrapassava sua tensão de emissor/base () que é de no máximo 5vcc, e fazia-o queimar. Depois de alguns testes resolvi troca-lo por um Tip3055 que tem uma tensão de emissor/base () de 7vcc além de suportar o dobro da corrente de coletor (. Observei que Q1 aquecia, então adicionei um cooler (ventilador) ao projeto.
Após realizar as alterações acima citadas, a bobina de Tesla funcionou corretamente e foi possível perceber uma ruptura dielétrica do ar na extremidade do fio de L2, além disso, também acendi uma lâmpada fluorescente (também criada por Nikola Tesla) ao aproxima-la de L2, o resultado é mostrado na Fig. 3. Isso ocorre devido o campo elétrico da bobina ionizar o gás no interior da lâmpada gerando irradiação ultravioleta, que ao chocar-se com a camada de material a base de fósforo contida na parede interna do vidro, produz luz visível. 
Figura 3 – Indutores.
Fonte: autor do projeto
Confeccionei também um pequeno indutor com aproximadamente 50 mm de diâmetro e soldei um led aos seus terminais, esse quando aproximado da bobina de Tesla, capta a variação de fluxo magnético, convertendo-o novamente em um força eletromagnética induzida (tensão induzida), e acendendo o led, o resultado é mostrado na Fig.4.
Figura 4 – Indutores.
Fonte: autor do projeto
6. Conclusão.
Com a elaboração desse projeto, foi possível constatar na pratica vários conceitos da física, eletrônica e eletrotécnica estudados nesse semestre, tais como eletrostática, eletromagnetismo e indutância além de possibilitar a execução, de forma simplificada, de um projeto de Nikola Tesla, cientista brilhante e excêntrico, cuja historia e personalidade eu admirado bastante. 
7. Referencias.
HALLIDAY D.; RESNICK R. e WALKER J. Fundamentos de Física: Eletromagnetismo. Volume 3. 9ª edição. Editora LTC.
http://blog.novaeletronica.com.br/bobina-de-tesla/
https://www.youtube.com/watch?v=3zbqdPIXq8k
https://www.youtube.com/watch?v=UUyPB-H1bnc&t=103s
https://athoselectronics.com/como-fazer-uma-bobina-de-tesla/