A finales del siglo pasado (1999) cuando estaba terminando mis estudios en ingeniería eléctrica tuve la suerte de conocer los trabajos del más increíble genio de la ingeniería aunque nunca suficientemente reconocido Nikola Tesla. Son innumerables sus aportes al progreso de la humanidad, especialmente en ingeniería eléctrica, entre otros nada menos que la corriente alterna y la radio.
Yo, que siempre he sentido gran interés por la electricidad, como es lógico y natural los fenómenos relacionados con altas tensiones como los rayos que se producen en las tormentas siempre me han parecido fascinantes y la posibilidad de experimentar con ello de manera mas o menos controlada aparecía ante mi gracias a la bobina de Tesla, un dispositivo capaz de generar tensiones del orden del millón de voltios sin necesidad de equipamiento de proporciones industriales. Así que decidí construir mi propia bobina, pero ¿Cómo funciona este dispositivo y cuales son sus partes constructivas? ¿Qué riesgos entraña su construcción y que precauciones conviene aplicar para una operación razonablemente segura? Las respuestas a estas preguntas fueron obteniéndose a base de investigación y experimentación durante la construcción de los tres o cuatro modelos que hice funcionar.
Una bobina de Tesla clásica (hoy en día existen versiones mas evolucionadas que incorporan semiconductores de potencia y circuitos digitales de control) está constituida por relativamente pocos elementos. Básicamente se trata de dos osciladores LC acoplados electromagnéticamente que hacen el papel de los circuitos primario y secundario de un transformador. Sin embargo, a diferencia de un transformador convencional, éste carece de núcleo ferromagnético. Si lo tuviera, las enormes tensiones con las que se trabaja harían complicadísima la tarea de conseguir un adecuado aislamiento eléctrico entre bobinados, además de requerir un tamaño considerable para evitar la saturación magnética del núcleo.
Un transformador convencional de media tensión 220V/12kV alimenta el sistema cargando el condensador C1. Cuando la tensión en él alcanza el valor suficiente entra en conducción el GAP que no es mas que dos electrodos separados cierta distancia por aire. El aire presenta una rigidez dieléctrica, en teoría, de unos 30kV por centímetro, pero en la práctica debido a la humedad del aire entre otros factores se reduce a unos 10kV/cm. Esto quiere decir que si los electrodos están separados 1cm cuando la tensión entre ambos supere los 10kV se formará un arco eléctrico, comportándose entonces el GAP como un circuito cerrado y haciendo que la carga acumulada en el condensador C1 circule por la bobina primaria L1, generando una corriente alterna con una frecuencia concreta impuesta por los valores de L1 y C1 denominada frecuencia natural.
El campo electromagnético generado por el primario induce corriente en el secundario, formado por la bobina L2 y el condensador C2 que también tiene su propia frecuencia de oscilación. Cuando la frecuencia natural del primario es igual a la propia del secundario se da el fenómeno de resonancia que hace que la transmisión de energía entre ambos bobinados sea óptima aún sin la presencia de un núcleo que confine el flujo magnético.
Como el número de espiras del bobinado secundario es mucho mayor que el del primario (aunque realmente es más una cuestión de diferencia de inductancias) se genera en aquel una tensión mucho mayor que la aplicada al primario, que ya es importante (10kV – 20kV), por lo que el terminal toroidal que culmina el bobinado (es el elemento C2 del esquema) acumula tensiones de cientos de kilovoltios que ionizan el aire circundante y se abren camino formando lo que se conoce como streamers o canales (diriamos que son rayos…). Cuando un streamer alcanza tierra se forma un arco muy luminoso conduciendo una corriente importante, esto ya si que es un rayo!
Es una lástima que no haya fotos de todas las partes constructivas pero cabe destacar que, en las primeras versiones usé un transformador para rótulos de neón de 12kV/35mA que compré de segunda mano y el condensador principal C1 estaba formado por varias botellas de vidrio envueltas en papel de aluminio y llenas de agua salada (esto da buenos resultados para versiones iniciales de pequeña potencia). El spark gap o ruptor consistía en dos electrodos con aprox 1cm de separación refrigerado por un ventilador y mas adelante lo sustituí por un gap rotatorio con mejores resultados.