Por James E. O’Neal
Durante casi 25 años, un pequeño grupo de seguidores de Nikola Tesla se ha reunido en Brockport, Nueva York, para rendir homenaje al inventor. El grupo se reune a pocos kilómetros de donde el genio serbio de la electricidad dejó su aporte a la ingeniería con la primera planta hidroeléctrica del mundo y marcó definitivamente la ventaja de la corriente alterna para la distribución eléctrica.
El evento, que se lleva a cabo a finales de cada verano boreal, se denomina “Teslathon” y está patrocinado por Ed Wingate, que es un entusiasta de Tesla. Sólo se admiten unas pocas decenas de personas. Algunos viajan miles de kilómetros para rendir homenaje a Tesla y ser testigo de rayos artificiales en el laboratorio de Wingate.
¿Problemas graves de corona? ¿O simplemente una buena “carrera” en el laboratorio de Tesla?
Fotografías de James E. O’Neal Si bien el nombre de Tesla está asociado a la generación de electricidad extrema de voltaje extremadamente alto, algunos sugieren que también debería ser reconocido como el padre de la radio, dado que se adelantó a Guglielmo Marconi.
Tesla exhibió públicamente un modelo de submarino controlado de forma inalámbrica en una exposición en Nueva York en 1896 y, en la misma época, dio una demostración de las señales inalámbricas entre su laboratorio en la ciudad de Nueva York y West Point, Nueva York, cuando un incendio desvió la atención.
Aparentemente, Tesla y Marconi estaban interesados en usar “ondas hertzianas” para la comunicación, pero Tesla cambió de perspectiva, y se concentró en la alta frecuencia, en los sistemas de electricidad de alto voltaje, en imponer la corriente alterna polifásica y la transmisión inalámbrica de energía eléctrica.
Marconi se concentró en las comunicaciones, y por lo general se le otorga el crédito por ser quien puso en marcha la radio. No obstante, Marconi confió en la tecnología del transformador resonante de Tesla para energizar el sistema que envió los tres “dits” legendarios al otro lado del Atlántico a fines de 1901. Tras un extenso litigio por la prioridad en las patentes de radio de Estados Unidos, la Corte Suprema ratificó la prioridad de Tesla por sobre la de Marconi.
Hoy en día, más de 70 años después de la muerte de Tesla, a los aficionados a los experimentos aún les fascina construir dispositivos potenciadores de voltaje con un transformador resonante ajustado, o más conocidos como bobinas de Tesla, para generar descargas de alta frecuencia.
Ed Wingate es una de esas personas.
“Siempre disfruté ver electrones saltando por el aire de un lugar a otro, y me he interesado en dispositivos técnicos y de alto voltaje desde que empecé la secundaria”, dijo Wingate. “En ese momento, construí mi primera bobina de Tesla. Me inscribí en la feria de ciencias de primer año y gané el primer premio”.
Desde entonces, Wingate, de 67 años de edad, se ha dedicado a construir bobinas de Tesla mejores y más grandes. Su última incursión fue lo suficientemente potente como para enviar arcos gruesos a decenas de metros de distancia.
Laboratorio de Ed Wingate con la bobina de Tesla. La bobina se encuentra a la derecha. El tubo de cobre de 1/2 pulgada que forma el bobinado principal está expuesto en la parte inferior. El bobinado secundario consta de 200 giros de hilo TFFN n.º 10 y está cubierto con una capa aislante para evitar la formación de arcos en el bobinado principal. Cuenta con un tubo de cobre de gran diámetro que conecta el bobinado secundario de la bobina con el amplificador o el resonador secundario que se encuentra a la izquierda. El terminal superior con forma toroidal y el terminal de descarga tienen un diámetro de 56 pulgadas.
Fotografías de James E. O’Neal Wingate nunca se interesó por seguir una carrera relacionada con la electricidad o la electrónica, y tampoco tiene ningún tipo de capacitación formal en la materia. Se jubiló hace unos años después de 31 años dedicados a la fabricación de herramientas y matrices en Eastman Kodak. Adquirió sus conocimientos en electricidad exclusivamente del estudio autodidacta, lo que él define como “aprendizaje a los golpes”.
En 1991, el taller de su casa ya no podía contener las grandes chispas que estaba generando, por lo que construyó un laboratorio de 9×12×4 metros para alojar sus experimentos. Incluso esta estructura ya no es la adecuada, ya que las descargas pesadas alcanzan el techo, las paredes y el piso de la estructura con facilidad.
“Cuando haces cosas como éstas, realmente necesitas mostrar lo que haces a otras personas”, confesó Wingate. “Podría pasarme toda la noche mirando las bobinas en funcionamiento, pero no es tan divertido como compartir la experiencia con otras personas”. Wingate abrió su laboratorio al público por primera vez en 1992, que fue su primer evento Teslathon. Nos cuenta que ese no fue el primer evento Teslathon, ya que otros devotos de la electricidad de voltaje superalto ya habían organizado eventos similares. No obstante, esas reuniones ya no se hacen o se concentran en otras áreas.
Además de mostrar descargas eléctricas de gran escala, Wingate aprovecha el evento Teslathon para reunir aficionados a las bobinas reconocidos para incentivar a otros a crear sus propios sistemas y mostrarlos.
“Hacemos esto para divulgar conocimiento. Tratamos de ayudar a las personas a conseguir materiales más rápido y a darles instrucciones sobre cómo construir las bobinas y sobre qué se debe hacer y no hacer, para que tengan toda la información necesaria a su disposición”.
¿Cómo es que una persona hace experimentos eléctricos “con cordura” con miles o millones de voltios y genera grandes descargas para el deleite de los seguidores de Tesla? El secreto de Tesla yace en el uso de un transformador de núcleo de aire que está impulsado por una fuente de CA de alta frecuencia, cuyo circuito primario y secundario del transformador están ajustados para resonar a una frecuencia en particular.
Explosor giratorio de Wingate en funcionamiento. Los capacitores de almacenamiento de energía especial se encuentran a la izquierda. Por lo general, se cubre el explosor para reducir la luz y el ruido ensordecedor producido por la generación e interrupción de electricidad de corriente intensa de 14,4 kV a 60 Hz. (En ocasiones, cuando se hablaba de transmisores de chispas se los nombraba como “picapedreros” debido al ruido acústico que generaban).
Fotografías de James E. O’Neal Al examinar el circuito básico de la bobina de Tesla, resulta evidente la similitud con los transmisores de radio de chispa de hace 100 años. En ambos casos, el transformador con núcleo de hierro potencia el voltaje de línea en el rango de los kilovoltios, y un capacitor o “condensador” de alto voltaje se conecta por el circuito secundario del transformador. Una parte de este par de transformador-capacitador se conecta directamente con el circuito principal de un transformador de núcleo de aire (transformador con acoplamiento de antena).
La trayectoria que se extiende del otro lado del circuito secundario al transformador de núcleo de aire está interrumpida por un explosor. Este explosor está configurado de tal forma que, cuando el capacitor alcanza un estado de carga suficiente, el explosor se rompe (se ioniza) y conecta momentáneamente el capacitor en paralelo con el circuito principal del transformador de núcleo de aire.
De esta manera, se forma un circuito ajustado con el capacitor y el inductor, lo que permite intercambiar energía de forma oscilatoria. La frecuencia de operación está determinada principalmente por la inductancia del bobinado de núcleo de aire y por el valor del capacitor. La energía de corriente alterna de alta frecuencia (RF) que genera el circuito secundario del transformador de núcleo de aire alimenta una antena. (El circuito secundario del transformador se ajusta en función de la capacitancia entre la antena y el suelo).
El esquema de la bobina de Tesla es prácticamente idéntico, con la excepción de que hay un toroide de metal o un “terminal superior” en lugar de la antena, que proporciona la capacitancia para hacer resonar el circuito secundario de la bobina.
Las similitudes entre el transmisor de chispas y la bobina de Tesla encendida por chispa se explicaron en agosto de 1911, en un artículo escrito por Stanley Curtis titulado “Electrician and Mechanic” (Electricista y mecánico), en el que se describía la construcción de una máquina de alto voltaje tipo Tesla:
“La hélice del circuito principal del resonador y el transformador con condensador constituyen los elementos fundamentes para la instalación de un telégrafo inalámbrico de alta calidad. Para reemplazar el circuito secundario del resonador, se debe enrollar un segundo tambor con 30 vueltas de cinta angosta de cobre. De esta forma, se obtiene un transformador de oscilación que proporciona un buen servicio en una instalación inalámbrica”.
Ed Wingate
Fotografías de James E. O’Neal Para encender su gran bobina, Wingate utiliza un transformador de distribución para empresas eléctricas o un transformador de distribución local de 14,4 kV conectado a la inversa para generar una alimentación principal de 240 V. El transformador se adecua a los 13 kW generados por la alimentación principal. Una mala decisión con la electricidad a este nivel puede ser mortal, por lo que no es un experimento que puedan realizar aficionados inexpertos o descuidados.
“Siempre existe el riesgo de que alguien se electrocute”, dijo Wingate. “Pero por lo general para el momento en el que las personas logran construir una bobina del tamaño que construí yo, tienen el conocimiento suficiente y no cometen errores que puedan pagar caro”.
Además de “mantener una mano en el bolsillo” y controlar una y otra vez todo antes de conectar la alimentación, Wingate recomienda, a aquellos que siguen sus indicaciones, no trabajar solo.
“Hay que empezar con experimentos pequeños, aprender sobre el tema y reunirse con personas que sepan lo que están haciendo. La idea es que sea un pasatiempo divertido, y no encontrar la muerte en el intento”.
Wingate se dio cuenta de que, si bien muchos aficionados a experimentos han construido bobinas de Tesla, tal vez sólo unas pocas decenas de entusiastas de Tesla en los Estados Unidos hayan construido bobinas realmente grandes con potencias en el rango de los megavoltios. Además, se tiende a sobrestimar las consecuencias de las potencias resultantes.
“Las afirmaciones relacionadas con el voltaje a veces son exageradas”, dijo Wingate. “Para que una bobina de Tesla funcione, primero se debe generar un canal de arcos, con las chispas subsiguientes que se mueven por el canal y se prolongan en el proceso. Cada chispa sucesiva requiere menos voltaje para pasar a través del canal de arcos”.
Las demostraciones de la bobina gigante de Wingate se llevan a cabo en una habitación semioscura para darle mayor dramatismo a los rayos generados.
En las primeras demostraciones (que los aficionados a las bobinas denominan “carreras”), Wingate activa un explosor giratorio y luego usa un gran regulador de relación para aumentar lentamente el voltaje que alimenta al transformador de distribución local. A medida que aumenta el voltaje, se inicia la acción oscilatoria y comienza el espectáculo de luces (y sonido).
Cuando se mueve por un espacio abierto, la electricidad a esta potencia es digna de contemplar. Las descargas aparecen cobrando vida, se elevan y bajan lentamente, con ondulaciones impredecibles prácticamente como si fuera una víbora, todo el tiempo buscando un objetivo. El ruido del arco gigante y el explosor giratorio es tan alto que es obligatorio usar protección auditiva.
La mayoría de esas grandes bobinas cuentan con componentes hechos por los mismos aficionados a las bobinas, y los únicos elementos adicionales son el transformador de CA y quizá el capacitor de alto voltaje.
“Herb Feldhouse, un ingeniero de Condenser Products, diseñó un capacitor de descarga de pulsos especial para usar en la bobina de Tesla”, dijo Wingate. “Los capacitores son de 0,1 mfd a 40 kV y cuestan alrededor de US$400 cada uno”.
Él usa dos capacitores similares en serie en su bobina, que operan de forma equilibrada.
El explosor giratorio de Wingate es igualmente especial. “Este es mi propio diseño. Hay 12 explosores independientes y todos se activan al mismo tiempo. El enfriamiento es extremadamente rápido: en menos de 10 microsegundos”.
Los aficionados a las bobinas utilizan diversos materiales según el tamaño de la bobina. Las bobinas más pequeñas se pueden construir con un tubo de PVC, mientras que las más grandes se pueden construir con los tubos de cartón que se usan para encofrar hormigón. La bobina de Wingate está construida alrededor de un depósito de pulverizador de polietileno utilizado en el sector agrícola, de un diámetro de 94 centímetros y una altura de 122 centímetros.
La última generación de las bobinas de Tesla cuenta con un diseño de estado sólido y unidades portátiles tipo mochila de los ‘cazafantasmas’. Lo más novedoso en armas paralizantes.
Fotografías de James E. O’Neal A medida que la radio fue evolucionando, los osciladores de chispas gradualmente dejaron de ser los predilectos debido a la ineficiencia y a la naturaleza de “espectro extendido” de sus señales.
Los aficionados a las bobinas también se abocaron a las nuevas tecnologías. Las bobinas excitadas por tubo de vacío empezaron a aparecer en la década de 1930 y, en las revistas de pasatiempos, aparecían con frecuencia esquemas de bobinas tipo tubo.
Ahora que los dispositivos de silicona son más resistentes, algunos aficionados de Tesla usan componentes de estado sólido para impulsar sus bobinas. Entre sus ventajas, se incluyen voltajes más bajos para los circuitos principales, tamaños más compactos y la capacidad de variar fácilmente la frecuencia de funcionamiento. (Los aficionados a las bobinas han aprovechado este último atributo para construir bobinas con descargas que se modulan con la música).
Wingate ha trabajado con diseños de tubo y ahora empezará a incursionar en el estado sólido.
“Estoy construyendo una bobina de Tesla de estado sólido de doble resonancia”, afirmó. “La bobina utilizará transistores bipolares de puerta aislada CM600 que pueden alcanzar 600 amps a 1200 voltios”.
Si bien su bobina de megavoltios está cerca de una emisora de radio grande, Wingate no quiere establecer una transmisión de chispas en el siglo 21.
Además, ha notado que la mayoría de los aficionados a las bobinas están al tanto de la disrupción en las comunicaciones que producen sus creaciones, por lo que intentan evitar interferir con los dispositivos electrónicos cercanos.
“Todo mi laboratorio es una jaula de Faraday”, dijo Wingate. “Todos los paneles en el techo y en la estructura metálica están unidos con puentes de cable y conectados a tierra con varillas de descarga a tierra convencionales. En el panel de energía, tengo un banco de filtros EMI para evitar que la RF ingrese en la línea, y así no molestar a los vecinos”.
En lo que respecta a los vecinos, Wingate aconseja no mentirles: tienen que saber lo que estás haciendo. La mayoría de las personas están dispuestas, pero, si lo quieres mantener en secreto, pueden pensar todo tipo de cosas que no son ciertas. ¡Es mejor ser honestos!
