ESCALERA DE JACOB

¡¡¡ATENCIÓN, MONTAJE MUY PELIGROSO!!!

Este montaje solo es útil para realizar efectos visuales y sonoros, aunque en configuraciones similares puede servir para estudiar el comportamiento de los arcos eléctricos en diversos medios y hacer previsiones sobre cables de media y alta tensión en caso de fallos.

Gran arco eléctrico resultado de la  apertura de seccionadores en una estación de transformación de AT.

El aparato en cuestión se usaba con cierta frecuencia en el apartado de efectos especiales en películas de los géneros de ciencia ficción y terror, ¿quién no recuerda las escenas en el laboratorio del Dr. Frankenstein con sus descargas eléctricas y zumbidos aterradores?. Esta es una de las muchas opciones que exixten para conseguir un arco eléctrico grande, vistoso y ruidoso.

Frankenstein, de James Whale (1931). La parte "eléctrica" del atrezzo del laboratorio la hizo Nikola Tesla.

Los dispositivos más empleados para este propósito suelen ser los NST (transformadores de alimentación de los rótulos de neón, como ya vimos en las fuentes de alimentación para las Bobinas de Tesla), aunque a priori cualquier fuente de AT con un mínimo de 5 ó 6kV, tanto de CC como de CA, nos puede servir. En este montaje he empleado tres MOT's, dos en paralelo-serie fasados de la misma manera que lo explicado en la fuente de AT de mi Tesla y que son los que proporcionen la alta tensión de salida de unos 4.5kV aprox., el otro actúa como balasto inductivo en el lado de alta (con su primario de BT en corto), este tercer MOT no es vital para su funcionamiento, pero ayuda a estabilizar los arcos y les quita un poco de agresiviad al limitar en parte el paso de corriente a través de ellos, evitando así que actúen las protecciones del cuadro eléctrico de forma frecuente si no disponemos al menos de 15 ó 20A.

Esquema eléctrico.

Los cuatro condensadores de la asociación serie-paralelo son de alta tensión, provenientes de los dobladores que alimentan los magnetrones de los hornos de microondas, su valor suele estar entre 0.95-1.2µF (los valores más comunes para su cometido original). Se realizan dos series de dos unidades que se conectan en paralelo, con lo que nos queda una capacidad total en torno a 1µF y con una tensión de trabajo superior a los 4kV. Estos condensadores son los encargados de resonar con la elevada inductancia de fuga que poseen los MOT's debida a su construcción, gracias a esta peculiaridad se consiguen estos arcos que en condiciones normales, sin estos elementos, serían de bastante menor entidad.

Como para iniciar el arco de forma fiable necesitamos unos 6kV (de la que no disponemos inicialmente), tenemos que introducir un tercer electrodo "de ayuda", intercalado entre los dos principales, que en nuestro caso son dos varillas de hierro de casi dos metros de largo. Este tercer electrodo se conecta mediante varias resistencias en serie a uno de los principales, como mínimo empleamos dos o tres resistores para evitar problemas de aislamiento o de cebado de arcos entre sus extremos, en total sumarán un valor de unos 2MΩ aprox. El iniciador se pone así al mismo nivel de potencial eléctrico que el electrodo principal al que está conectado, pero está situado más cerca de su opuesto (a medio camino), así una vez que se crea el arco entre éste y el iniciador pasa rápidamente al principal al cual está unido, quedando establecido entre los dos de los extremos, siendo este el camino de menor resistencia eléctrica al paso de corriente (una similitud parecida sería como cruzar un arroyo ayudándonos de una piedra que sobresalga en el medio de su cauce, facilita el paso a la otra orilla si no disponemos de suficiente potencia de salto inicial). Una vez iniciado el arco, el plasma va ionizando y calentando el aire que está por arriba, facilitando su ascensión. La corriente absorvida es mayor a medida que asciende y se hace más largo, generando de forma creciente calor y ruido (zumbido de fondo característico de la frecuencia de red, más los sonidos producidos por la dilatación del aire que atraviesa), hasta que llega su extinción y comienza el ciclo de nuevo en la base de la V. El grosor del arco es directamente y su resistencia eléctrica inversamente proporcional a la intensidad de corriente que circula a través de el. Su color está relacionado también con la intensidad que lo recorre, con el material empleado el los electrodos por los cuales asciende y el medio gaseoso en el que está inmerso.

Los componentes no son críticos en cuanto a valores se refiere, pudiendo prescindir incluso de alguno como ya indicamos anteriormente. Lo esencial en este montaje son: el bloque de condensadores de alto voltaje, los dos MOT que proporcionan la alta tensión y los dos electrodos principales. Los cables de alimentación han de ser de 2,5mm² por seguridad, ya que tiene altos consumos de corriente de forma puntual. En mi montaje se apreciaba un leve calentamiento del cable de alimentación luego de unos cuantos arcos, esto era debido a la sección inadecuada (3 X 1,5mm²) del conductor de alimentación empleado para las primeras pruebas. Las caídas de tensión en la línea son evidentes debido a su elevado consumo, y afectaban en parte a que el arco no llegara arriba del todo (empleando cableado de sección adecuada se minimizan mucho). El limitador del cuadro se accionó en un par de ocasiones durante su ejecución. Dispongo tan solo de 15A en el lugar donde realizo estos montajes y me temo que esto va a ser un grave problema para el funcionamiento de mi Bobina de Tesla. Espero que por lo menos con el limitador que tiene incorporado actuando pueda dispararla, ya veremos cuanto tiempo podré tenerla activa sin que actúen las protecciones.

El conjunto está montado dentro de un cajón de MDF de 19mm. de grosor de pared, forrado con chapa natural de roble y acabado con tres capas de barniz de poliuretano (esta parte de bricolaje y artesanía es a voluntad y paciencia del ejecutor). Dispone de cuatro pequeñas ruedas y de orificios de ventilación superiores practicados en la primera base/tapa de polietileno, así como de una rejilla el la tapa de acceso posterior. Su encendido es por medio de un mando a distancia de radiofrecuencia, cuyo receptor es un módulo comercial adaptado para activar un antiguo y pequeño contactor (modificado para aguantar unos 15A  continuos). Como podéis intuir al ver las piezas principales de este montaje os daréis cuenta de que "compradas" hay pocas.

 Caja de MDF forrada con chapa de roble.

Parte superior de polietileno que sostiene a los tres electrodos, con los orificios de ventilación.

Disposición de las planchas de polietileno y los electrodos / aisladores.

Contactor modificado y módulo de RF (433MHz.) para su activación a distancia, al fondo los dos MOT's.

Vista general de la distribución de los componentes.

Vista interior del panel de polietileno con la "cadena" de resistencias del electrodo iniciador enfundadas en manguito termoretráctil.

Vista posterior con la rejilla de ventilación y el conector IEC para la alimentación.

Los componentes se dispondrán de forma que queden bien distribuidos y aislados entre sí, teniendo especial cuidado con: los conductores de AT, los cuatro condensadores (que no se toquen sus carcasas) y con el balasto inductivo de alta. Comentar también que si emplearamos un NST o un flyback electrónico no nos haría falta ningún componente a mayores en el lado de AT, debido a su mayor tensión de salida y menor potencia, lo que se traduce en un rápido ajuste del espacio entre los electrodos para un correcto funcionamiento, pero el resultado visual y auditivo no es tan impactante en estos casos como los montajes con MOT's resonantes. Aquí podréis ver un vídeo de su proceso de construcción y funcionamiento.