DESCARGADOR / "SPARK GAP"

    

 

El segundo elemento que abordamos es el descargador, que es el encargado de provocar las oscilaciones del set primario al cerrar el circuito (de forma no física) entre la bobina y el condensador, una vez cargado éste por la fuente de AT.

Funciona por lo tanto de forma semejante a un interruptor, puesto que cuando se prouce la chispa entre sus extremos (al ionizarse los gases presentes en el aire por el alto voltaje), el plasma creado es el encargado de conducir la electricidad de forma muy eficiente, como si fuese un conductor típico.

Existen variantes en cuanto a su diseño:

1.Estáticos simples.

2.Estáticos múltiples.

3.Rotatorios asíncronos.

4.Rotatorios síncronos.

Estos cuatro tipos pueden disponer también de refrigeración, (más acuciante en los estáticos) y es frecuente que ésta sea mediante chorros de aire dirigido por tuberías o por medio de ventiladores, evitando que alcancen altas temperaturas y de esta forma producir una rápida extinción de la chispa, una vez descargado el condensador primario.

Ejemplos de descargadores estáticos simples.

     

Descargadores estáticos múltiples.

Descargador rotatorio síncrono.

Aquí podemos apreciar las diferencias entre descargadores estáticos y rotatorios, tanto síncronos como asíncronos.

La gran ventaja de los descargadores estáticos es su sencillez, pero para bobinas de alta potencia no son los más recomendables. Su funcionamiento no es tan regular como el giratorio y a veces, si se llegan a calentar mucho, pueden llegar a fallar por la aparición de arcos eléctricos contínuos entre sus extremos, fenómeno más acusado en las bobinas que funcionan con C.C.
Los estáticos múltiples palían en parte este problema, al repartirse la chispa entre varios huecos, los electrodos se saturan menos y se refrigeran mejor. En el caso de ser múltiple, el ajuste de las distáncias entre sus elementos es más crítico.

Los descargadores rotatorios síncronos tienen una velocidad fija establecida, que depende íntimamente de la frecuencia de la red de alimentación y del número de pares de polos del motor. Son los más efectivos, pero su puesta a punto es laboriosa. El número de disparos por segundo (DPS) es bajo (comparado con los asíncronos) para alcanzar así una mayor eficacia (*), y suele estar compendido entre los 100 y los 400 DPS en un sistema de 50Hz.de red y entre los 120 a 360-480 DPS en uno alimentado a 60Hz..(Obsérvese, como es lógico, que son múltiplos enteros de las frecuencias de alimentación respectivas). Cabe decir que este tipo de descargador solo tiene sentido en las bobinas que funcionan con C.A. Un estudio exhaustivo de los parámetros a tener en cuenta lo podemos ver aquí (*).

El descargador que equipa mi bobina es, como ya mencionamos, rotatorio de tipo asíncrono. Su principal ventaja frente a los estáticos es que imprime regularidad a los disparos, pudiendo encontrar el punto óptimo de funcionamiento de la bobina variando la velocidad del motor. Otra ventaja añadida es que al rotar se produce una pequeña corriente circulatoria de aire y esto los dota de una cierta refrigeración en los electrodos estáticos y una mayor en los móviles.

He optado por éste porque no precisa de motor especial ni de ajustes tediosos. En principio puede valer cualquier motor de C.C. o de C.A. que tenga un mínimo de potencia para mover con soltura el disco con los electrodos o la varilla rotatoria, quizás los más empleados sean los de tipo universal porque pueden funcionar con ambos tipos de corriente y suelen ser económicos. En mi caso concreto he empleado una amoladora angular de 1200W. (de una oferta, adquirida a bajo coste), a la que se le ha retirado la protección del disco de corte y toda la empuñadura posterior con el cable y su interruptor. Va sujeta sobre una base de DM de 19mm. de grosor por medio de dos tornillos M8, aprovechando los orificios que efrece la caja de engranajes para poner la empuñadura anterior, y también por un tornillo tirafondo al final del cuerpo plástico, para que no exixta posibilidad de movimiento sobre la base.

El disco giratorio es de Ø16cm. y está construido con poliéster reforzado con fibra de vídrio, proveniente de una plancha de las usadas en los fondos de los cuadros eléctricos. Es muy rígida y resiste altas temperaturas sin deformarse, a su vez es un excelente aislante y se deja mecanizar bien. He incluido en el disco ocho pequeños electrodos realizados con varilla roscada y dieciséis tuercas ciegas de M5, todo de acero inox. A priori pueden parecer muchos electrodos para un disco que puede girar a 10000 RPM., pero si fuese necesario se pueden retirar parte, dejando solo cuatro o dos, pero siempre de forma simétrica para no desequilibrar el disco y que los disparos sean rítmicos por cada revolución. Cuando se pruebe el conjunto se buscará el punto óptimo de trabajo, que no debe bajar de los 200 DPS en un descargador de tipo asíncrono. El cálculo de los DPS es bien simple, por ejemplo: a 3600 RPM el disco gira 60 veces en un segundo y cada revolución descargará ocho veces si disponemos de todos los electrodos, entonces a estas RPM se ejecutarán 480 DPS, si quitamos cuatro quedarían reducidos a la mitad. Con esta operación de quitar electrodos del disco tenemos la opción de probar la bobina con condensadores primarios de más capacidad, y también puede ser una forma de realizar un ajuste más fino de la tasa óptima de disparos al tener menos disponibilidad de ellos en todo el rango de revoluciones.

Disco con sus ocho electrodos.
   

He decidido poner un apantallamiento, a modo de Jaula de Faraday, al cuerpo plástico del motor para evitar posibles interacciones con el campo de la bobina, al estar controlada la velocidad del motor de forma electrónica,  trato de eliminar con esta operación posibles interferencias en el circuito de control. El apantallamiento es una fina lámina de aluminio que está conectada a tierra de RF por la parte inferior de la base, dejando en su extremo final una apertura con una rejilla para la refrigeración del motor. Si dispusiese de carcasa metálica en su cuerpo esto no sería necesario.

Apantallamiento del cuerpo del motor.

Las conexiones de alimentación del motor, las de entrada de alto voltaje al descargador, la sujección de los electrodos estáticos y el nodo de tierra de RF se anclan a la base por medio de aisladores de cerámica. Los electrodos estáticos son varillas con tuercas ciegas de M6 de acero inox. que se pueden ajustar para cerrar más o menos la distancia de la brecha. El empleo de acero no es lo recomendable por su alto desgaste en condiciones de funcionamiento, lo normal sería emplear barras de tungsteno toriado al 2% (se comporta mejor que el puro), como las empleadas en los electrodos de las soldadoras TIG, pero como no he podido conseguirlas de un diámetro adecuado, de momento probaré con el acero de las tuercas ciegas, que tienen la ventaja de que se pueden cambiar rápido y son baratas.

Conjunto del descargador con sus conexiones, con el cable de tierra de RF en primer plano.

Vista superior con los electrodos estáticos ajustables.

Vista inferior de la base y sus conexiones.

El módulo dispone de pies fabricados con barras cilíndricas macizas de polietileno de alta densidad, para su integración en el suelo del mueble de la bobina, a las que se le han añadido cuatro arandelas de goma en su parte superior (la parte en contacto con la base de DM del descargador) para reducir las vibraciones del conjunto.

Módulo con todos los elementos montados.