Fabricar un condensador casero para realizar experimentos con alta tensión

En ocasiones a la hora de hacer experimentos con alta tensión se hace necesario a veces el uso de condensadores para almacenar energía, pero los condensadores que soporten altas tensiones no son fáciles de conseguir, por lo que se puede optar por construirlos de forma casera. No son lo mismo pero menos da una piedra.

Las capacidades de estos condensadores no son tan elevadas como los modelos comerciales pero pueden ser un buen sustituto para nuestros experimentos.

Antes de ponernos manos a la obra es interesante saber cuáles son las partes de las que está compuesto un condensador.

Las partes principales son las armaduras y el dieléctrico.

Partes de un condensador

Las armaduras son las partes metálicas conductoras que se encuentran montadas una en frente de la otra pero sin contacto entre ellas y separadas entre si por el dieléctrico que es un material aislante.

Una vez visto las partes de las que consta un condensador, otra de las cosas que hay que tener en cuenta a la hora de construirlo es como afecta al valor de la capacidad el tamaño de las armaduras o el tipo de dieléctrico.

Existen distintos tipos de condensadores en función de la disposición de las armaduras, pudiendo ser los más típicos los condensadores planos y los cilíndricos, y en función de su forma se emplean distintas fórmulas para calcular su capacidad.

Por ejemplo, para un condensador plano la fórmula para calcular la capacidad es:

Condensador plano parcialmente desmontado

εr es la constante dieléctrica del dieléctrico que se coloque entre las armaduras, y es un valor que depende únicamente del tipo de material del que esté compuesto el dieléctrico, por ejemplo, para el aire la constante es 1, para la mica (un material usado en condensadores comerciales) es de entre 5 y 8 o el agua que es de 81.

De esto se deduce que cuanto más alta sea la constante dieléctrica más alto será el valor de la capacidad del condensador.

Capacidad con la botella vacía (dieléctrico de aire)

Capacidad con la botella llena de agua

Capacidad del condensador con agua y sal

Otro factor importante es la superficie de las armaduras (S),  que al igual que en el caso anterior, cuanto más grandes sean mayor será la capacidad.

Por último tenemos la distancia entre las armaduras (d) que, cuanto menor sea, mayor será la capacidad resultante.

En cuanto a los condensadores cilíndricos la fórmula es:

Condensador cilíndrico

De donde la capacidad depende de (l) que es la longitud del condensador, cuanto más grande sea en este aspecto mayor será la capacidad.

Los otros dos factores son el radio de la armadura exterior (R) y de la interior (r), de los que se deduce a partir de la fórmula que cuanto mayor sea el radio exterior mayor capacidad, y por el contrario cuanto más pequeño sea el radio interior mayor será la capacidad.

Así que, una vez visto un poco de teoría ya podemos empezar a construir nuestro condensador teniendo una idea aproximada de que factores tenemos que tener en cuenta para conseguir la mayor capacidad posible.

El condensador más rápido de construir es un condensador cilíndrico usando una botella de plástico.

Para empezar, los materiales que tenemos que reunir son:

1º. Una botella de plástico.

2º. Papel de aluminio.

3º. Pegamento.

4º. Sal de cocina.

5º. Cable eléctrico.

Y de herramientas solo necesitaremos unas tijeras y un punzón o cualquier herramienta similar para realizar un agujero.

Una vez que tengamos seleccionada una botella de plástico preferiblemente lisa, cortaremos una lámina de papel de aluminio del tamaño de la superficie de la botella para después, aplicar una capa de pegamento por la parte exterior de la botella y pegar la lámina de papel de plata que hemos recortado, de este modo ya tendremos lista una de las armaduras del condensador.

Para el dieléctrico del condensador llenamos la botella con agua y echamos la sal, lo que hace que aumente la constante dieléctrica del agua y a su vez la capacidad del condensador.

Por último realizaremos un agujero en el tapón para pasar un cable con el extremo pelado que introduciremos hasta hacer contacto con el agua. Este cable será la otra armadura.

Ahora que ya tenemos completo el condensador solo queda probarlo. 

Debido a que el condensador es casero se producen pérdidas que ocasionan que la tensión entre sus armaduras sea algo más bajo que si no estuviera conectado, por eso en la imagen de la izquierda el arco es algo más corto, pero por el contrario se consigue una descarga más intensa con mayor energía, por eso se puede apreciar que el arco tiene un mayor diámetro. 

Principios básicos del funcionamiento de un sistema Line Array

Jorge, un lector del blog ha dejado un comentario en mí artículo "Construcción de una caja acústica" donde pregunta: "sería posible conseguir un modelo de cajas acústicas line array y explicar su ingeniería desde el punto de vista del rendimiento del sonido".

A modo de pequeña introducción diré que cuando se desea sonorizar sitios más o menos grandes tanto en espacios abiertos como cerrados nos podemos encontrar con el problema de las reflexiones en superficies cercanas, sobre todo en recintos cerrados, pudiéndose reflejar el sonido en los techos produciendo reverberaciones y sonidos indirectos que en ocasiones pueden ser más fuertes que el sonido directo que proviene de los altavoces.

Para evitar esta clase de sonidos indeseados se intenta conseguir una configuración en la distribución de los altavoces tratando de dirigir el sonido hacia donde nos interesa, esto es, hacia el público y no hacia los otros elementos que nos puedan producir distorsiones, en definitiva, tratamos de intentar obtener una mayor directividad.

Para ello los altavoces se agrupan en columnas o disposición vertical también llamados line-array.

La principal ventaja de este método de agrupación de altavoces es que se consigue una gran directividad en el plano vertical, ya que en este plano se reduce el ángulo de cobertura a la mitad cada vez que doblamos el número de altavoces, manteniendo a su vez el mismo ángulo de cobertura en el plano horizontal, con ello conseguimos dirigir el sonido hacia donde nos interesa.

Arriba ángulos de cobertura en el plano vertical, abajo en el plano horizontal.

Otra de las cualidades que poseen estos sistemas es cómo distribuyen el sonido y cómo afecta eso al nivel de presión sonora conforme nos vamos alejando de la fuente de sonido.

Para intentar entender mejor esto hay que diferenciar entre fuentes de sonido puntual (por ejemplo un solo altavoz), y fuentes de sonido lineal (como puede ser una agrupación de altavoces en columna -line-array-).

En las fuentes de sonido puntual el sonido se aleja en forma de ondas esféricas por lo que cuando duplicamos la distancia entre el oyente y nuestro único altavoz el nivel de presión sonora se atenúa 6 dB debido a que la superficie que tiene que irradiar el altavoz a esa distancia aumenta conforme nos vamos alejando, siendo esta superficie igual al cuadrado de la distancia que separa al oyente del altavoz, (se podría decir que al disminuir 6 dB nuestro oído lo percibe como si hubiéramos bajado el volumen a la mitad).

Propagación del sonido en una fuente puntual.

Sin embargo con la columna de altavoces la fuente de sonido es lineal por lo que el sonido no se aleja en forma de ondas esféricas como en el anterior caso, sino que lo hace en forma “cilíndrica”, de tal modo que al duplicar la distancia entre nuestra columna de altavoces y el oyente, la superficie que tiene que irradiar los altavoces ya no crece con el cuadrado de la distancia como antes, sino de forma más lenta, (recordemos que el ángulo de cobertura se ha estrechado por arriba y por abajo), con lo que la directividad es mayor, consiguiendo una atenuación de 3 dB.
 

Propagación de sonido en una fuente lineal.

De este modo partiendo de una misma potencia, si agrupamos los altavoces en una columna o line-array, podemos cubrir más distancia y llegar más lejos con unos niveles de presión sonora aceptables más que con un sistema tradicional, o dicho de otra forma, con menos potencia la gente que está más alejada del escenario seguirá escuchando la música lo suficientemente alto como para escucharla bien.

En resumen, que cuando nos vamos alejando duplicando la distancia, el nivel de presión sonora va atenuándose 3 dB con un sistema line-array, en contraposición de los 6 dB que se atenúan con un sistema tradicional, reduciéndose así las perdidas.

Nota, espero haber resuelto tu pregunta ya que hace mucho tiempo que estudié esto y ya no tengo los conocimientos tan frescos como antes.

Contrucción de una caja acústica (bafle)

Después de construir el amplificador podemos optar también por armar nuestra propia caja acústica o bafle que vaya acorde con el diseño del propio amplificador. 

A la hora de dimensionar y construir un bafle hay que tener en cuenta algunos parámetros como el tipo de caja, abierta, de compresión, de tipo bass-reflex, por ejemplo, este último está indicado para reforzar más los graves, el volumen interior de la caja..., y otros muchos aspectos de los cuales desconozco, pero como mi intención no era más que construir simplemente una caja acústica sin entrar en demasiados detalles, a partir del diámetro de los altavoces de los que disponía, opté por buscar bafles comerciales con altavoces similares y a partir de sus características y dimensiones construir el mio. 

En este caso disponía de dos altavoces, el primero de 4 pulgadas y 1 vatio de potencia, y el segundo de 2 pulgadas y 0,5 vatios, ambos de 8 ohmios de impedancia. 

Antes de nada, una cosa interesante es saber el porqué de albergar los altavoces dentro de cajas, la explicación es sencilla, el sonido en esencia se produce mediante la compresión del aire que produce una fuente de sonido cuando vibra, un altavoz se basa en que genera el sonido mediante la vibración del cono el cual es movido por una bobina que está conectada al amplificador. 

El cono produce la vibración moviéndose hacia adelante y hacia atrás, y como este tiene dos caras, ambas producen una compresión del aire que tienen alrededor cuando avanza a su respectivo lado, pero, por ejemplo, si se mueve hacia adelante, la parte de adelante del cono empuja el aire que tiene enfrente comprimiéndolo, sin embargo, en la parte de atrás del cono como este avanza con respecto al punto de reposo del cono, en vez de producir una compresión se produce una depresión del aire, por lo que podría decirse que el aire que es empujado por delante es absorbido por la parte de atrás en la que se genera un pequeño "vacío", haciendo que el sonido se propague peor y esto haría que se escuchara más bajo de lo que debería, en resumidas cuentas, esto produciría que la onda sonora que se genera por delante se anule en parte con la onda de amplitud negativa que se genera por detrás. 

Este efecto se puede notar muy fácilmente con unos auriculares poniendo el volumen al máximo, si los sujetamos solo por el cable apenas suenan y se escucha con un tono muy agudo, pero si los cogemos con la mano solo por la parte de atrás formando con estas una especie de cuenco como si fuéramos a beber agua a una fuente cerrando los bordes de la manos entorno a los auriculares, notaremos que el sonido es más fuerte y grave, precisamente porque una parte del sonido queda atrapado y absorbido en el interior del hueco que hemos creado con nuestras manos y no se anula el sonido de la parte delantera. 

Pero siguiendo con la construcción, una vez que tengamos los altavoces y teniendo claro cuál va a ser el tamaño del mismo lo siguiente es elegir el material, lo común es la madera, en este caso he optado por la madera de contrachapado aunque se pueden usar otros tipos de maderas.

Cuando esté marcado en la madera las partes que componen la caja las recortaremos y las uniremos con cola blanca u otro adhesivo, si las uniones entre las partes no quedan bien ajustadas para tapar las juntas podemos usar masilla, después una vez seco se lija y quedará liso. 

 

Masilla tapando juntas

Después he colocado el tubo del bass-reflex cuya función es aprovechar parte de la energía sonora que genera la parte de atrás del altavoz para reforzar las frecuencias de los sonidos graves. 

En este caso he empleado un pequeño tubo de cartón, aunque he elegido al azar el tamaño del tubo existen fórmulas para calcula de forma muy precisa su longitud y la superficie que debe de tener, así que el que quiera profundizar más en este aspecto dejo una enlace para realizar los cálculos. 

Una vez pintado y barnizado el exterior (o como más nos guste) he unido los altavoces a la caja con adhesivo de contacto, y a continuación forré el interior con un material que absorbiera el sonido para evitar que las ondas sonoras se reflejen y reboten en el interior creando distorsiones reduciendo la calidad del sonido.

Este material puede ser fibra de vidrio o de poliester, en nuestro caso como no va a ser para uso profesional cualquier material de los de andar por casa valdrá como el corcho blanco o materiales similares que se usen para el embalaje.

Una vez todo montado se realizan las conexiones de los altavoces conectándolos en paralelo y de estos a un conector para la conexión con el exterior.

Por último se coloca la última de las caras de la caja cerrándolo.

Patas de apoyo con goma en la parte inferior

 

Orificio de bass-reflex y conector RCA

Construcción de un amplificador de sonido a válvulas con una PCL 86 y una PY 88 (2ª parte)

Ahora que ya está comprobado que el amplificador funciona (esquema de montaje) es la hora de construir una caja que albergue todos los circuitos, así que vamos a ponernos manos a la obra. 

Lo primero es elegir el tamaño que queremos que tenga la caja, cual va a ser el diseño, de que materiales va a estar compuesto... 

Bueno, lo más sencillo y fácil de trabajar es la madera ya que podemos darle casi cualquier forma con pocas herramientas y admite muchos tipos de acabados. 

A la hora de distribuir las diferentes partes del circuito hay que tener en cuenta una cosa muy importante si queremos evitar interferencias que provoquen que la válvula PCL 86 acabe amplificando zumbidos, lo más adecuado es que los transformadores de alimentación estén lo más alejados posible del circuito que acompaña a la válvula o por lo menos que los cables por los que circula corriente alterna estén separados de los cables que van a los pines de la PCL 86 ya que por donde circula corriente alterna esta es capaz de inducir pequeñas corrientes en cables próximos y aunque sea muy poca la tensión que se induzca, como después se va a amplificar, los resultados pueden ser una calidad de sonido muy pobre.

 

  

Aquí dejo algunas imágenes de la evolución de montaje del amplificador.

Despiece

Montaje previo de la caja

Se cubren las uniones con masilla

Detalle de la parte inferior

Frontal barnizado

Vista interior del amplificador

Delimitación de los bordes a barnizar

 Resistencias de de limitación de intensidad en el arranque 

Detalle del transformador de elevación

Cableando...

Detalle de la unión del cátodo

Decoración del transformador

Detalle del cableado al circuito amplificador

Detalle del circuito del vúmetro

Detalle de las conexiones del vúmetro