Construcción de una bobinadora casera de "usar y tirar"

Quizás en ocasiones necesitemos reparar un pequeño transformador o motor, y para ello tengamos que reconstruir alguna de sus bobinas, pero claro, para hacerlo bien, necesitamos una bobinadora que nos facilite el trabajo, y que, si no disponemos de ella, el trabajo se puede hacer un tanto pesado. 

Lo que vamos a ver a continuación es una forma rápida de construir una bobinadora de "usar y tirar" hecha con cartón corrugado de doble capa que le dará la suficiente resistencia como para aguantar unos cuantos usos y con la cual podamos salir del paso. 

Su construcción es muy sencilla, tan solo se necesita una caja de cartón, cola de carpintero u otro adhesivo que pegue cartón, y algo para marcar y cortar. 

En los planos se detallan las medidas para una bobinadora que podría construir bobinas de un tamaño para un transformador de unos 100 vatios, en el caso de bobinas de mayor tamaño, tan solo escalaremos las dimensiones de los planos. 

Lo primero que haremos será a partir del tamaño de la bobina que queremos construir, calcular el tamaño de la bobinadora. 

Una vez calculadas las dimensiones dibujamos las medidas en una plancha de cartón y a continuación las recortamos. 

 

Detalle de los orificios de la base

Encolamos los soportes laterales a los refuerzos y cuando esté seco, presentamos el conjunto sobre la base para marcar los orificios donde insertaremos parte de los soportes laterales para dar mayor solidez. 

Placas de cartón

A continuación recortamos unas placas de cartón con el tamaño del orificio interior del carrete que soporte la bobina, estas placas nos servirán para hacer de soporte entre la manivela y el propio carrete, y para que no deslice la manivela con el cartón, soldaremos a esta una pequeña barra perpendicular, y practicaremos en el cartón un orificio del mismo tamaño que esta barra para que entre ellos se haga tope a modo de chaveta y chavetero.

Detalle de la unión entre placas y manivela

Aquí podemos ver el resultado tras rebobinar el primario de un transformador para halógenos de 50 vatios que se había quemado.

Planos de la bobinadora

Temporizador con retardo a la desconexión ajustable con el integrado 555

Temporizador con retardo a la desconexión

LISTA DE COMPONENTES

Integrado 555.

R1 100K 1/4W.

R2 150K 1/4W.

C1 27nF cerámico.

C2 (capacidad según el tiempo de retardo deseado) electrolítico.

P1 (potenciómetro lineal de valor según el tiempo de ajuste deseado).

2 pulsadores normalmente abiertos.

Relé con bobina a 12 voltios.

(En la imagen de arriba se agruparon varios componentes es serie y paralelo para obtener el valor correcto).

El circuito integrado 555 es un circuito muy versátil que se puede emplear en multitud de proyectos, esta vez se va a usar como un multivibrador monoestable, esto significa que la salida de este circuito estará siempre en un estado (sin tensión) y bajo ciertas condiciones pasará a otro estado (en tensión) y que, después de un tiempo, volverá al estado inicial (sin tensión). Este tiempo en el que permanece en tensión la salida variará al antojo de como seleccionemos los valores de resistencia y capacidad de los componentes que conectemos a este circuito. 

De este modo aplicando esta facultad del 555 podemos usarlo como un temporizador, en concreto como un temporizador con retardo a la desconexión, o lo que es lo mismo, cuando le demos una señal de disparado a través de un pulsador al terminal 2, la salida del 555 (terminal 3) pasará a tener tensión permaneciendo en este estado, y que, después de un tiempo prefijado, volverá a cambiar de estado volviendo a tener 0 voltios. 

En el siguiente diagrama de estados podemos ver más claramente como funciona este temporizador. 

Diagrama de estados del temporizador

En el primer caso cuando actuamos sobre el pulsador de puesta en marcha generamos un flanco negativo (A) ya que el pin 2 pasa de estar alimentado a través de la resistencia R1 a ser conectado a 0 voltios. Esto genera un cambio de estado en la salida (pin 3) de 0 a 1, es decir, la salida pasa a tener tensión con la que podemos alimentar diversos dispositivos tales como lámparas, relés..., siempre y cuando la carga no supere los 200 mA. 

Diagrama de bloques del integrado 555

En el momento en que se produce este cambio en la salida, el condensador C2 empieza a cargarse a través de R2 y P1 hasta que alcanza una tensión de umbral (2/3 tensión de alimentación), cuando llega a este valor el comparador que lleva en su interior y lee tensión por el pin 6 actúa sobre un flip-flop que hasta entonces estaba memorizando a 1, reseteándolo y cambiando a cero la salida (pin 3) dejando sin tensión a la carga. 

Acto seguido el condensador C2 es descargado a través del pin 7 ya que este queda cortocircuitado por un transistor mientras no se vuelva a accionar el pulsador de marcha y preparado para otro ciclo de trabajo. 

El tiempo que permanece en tensión la salida es regulada por el propio condensador C2, R2 y el potenciómetro P1, por lo que si colocamos un condensador de mayor capacidad, este va a tardar más tiempo en cargarse y en consecuencia la salida estará más tiempo activa, y ocurre lo mismo con R2 y el potenciómetro, que cuanto más alto sea su valor, es decir, su resistencia sea mayor, más va a restringir la carga del condensador y más tiempo estará la salida en tensión. 

Para calcular este tiempo se emplea la siguiente fórmula T= 1,1 x C2 x (R2+P1) siendo las unidades de resistencia en ohmios y la capacidad en faradios, y el tiempo resultante en segundos, a demás, al poder ajustar la resistencia total con el potenciómetro podemos ajustar de forma más "precisa" este tiempo de activación.

También se puede observar en el diagrama que mientras está activa la salida, aunque generemos un flanco (B) en la entrada esto no afectará al tiempo total de temporización, sin embargo en cualquier momento podemos cambiar el estado de la salida a cero de forma permanente activando el pulsador de parada, que genera un flanco al reset externo del flip-flop.

Esquema de montaje del circuito

Componentes pinchados

Placa casera sobre la que se montan los componentes

Detalle de las conexiones

Se agrupan condensadores y resistencias para obtener los valores deseados

Reparación y realización de un ensayo en un pequeño transformador de seguridad

Transformador de seguridad de 12VA

En ocasiones los pequeños transformadores para protegerlos frente a cortocircuitos, en alguno de sus bobinados disponen de un fusible térmico cuya función es interrumpir la alimentación al propio transformador cuando se produce un aumento excesivo de temperatura.

Fusible térmico

Si este es nuestro caso, el transformador se puede reparar, lo primero es dejar al descubierto los bobinados quitando la cinta que los recubre, si se encuentra el fusible térmico, se procederá a comprobar su continuidad, pero si está en un lateral, habrá que desmontar el circuito magnético, es decir, las láminas de hierro que componen su núcleo, para ello lo más fácil es usar un pequeño objeto acabado en punta y con un martillo golpear por uno de los laterales del transformador para deslizar una a una las láminas hasta sacarlas, las primeras son las que más cuesta, pero una vez hecho esto, el resto casi se sacan con la mano.

Láminas del núcleo del transformador

El siguiente paso es terminar de destapar los bobinados hasta quedar a la vista el fusible térmico, en el caso de que lo tenga. Para asegurarnos qué es lo que está fallando, con un polímetro mediremos continuidad tanto en los bobinados como en el propio fusible térmico, y en este caso, se verifica que efectivamente es este último el que no tiene continuidad.

Ahora ya podemos empezar a reparar el transformador, yo he preferido no volver a instalar otro fusible térmico, y simplemente he soldado un cable a cada terminal del bobinado primario y después he vuelto a recubrirlo con cinta aislante.

Posteriormente se protegerá externamente el transformador mediante el uso de un fusible. Una vez hecho esto se procede a volver a montar el núcleo del transformador, primero se comienza colocando las láminas con forma de "E" y después las láminas "I" se encajarán en los huecos. Por último para evitar que las láminas de hierro vibren y hagan ruido cuando se ponga en marcha el transformador, se aplica una capa de barniz.

Aplicación de una capa de barniz

A continuación queda probar si este funciona, pero ocurre que también cabe la posibilidad que el aumento de temperatura hubiera afectado considerablemente a los bobinados haciendo que el barniz que recubre el hilo de cobre se hubiera calentado perdiendo en algunas zonas su capacidad aislante haciendo que varias espiras se unan, por lo que la resistencia del conjunto del bobinado haya bajado hasta valores que imposibilitan su uso, y que, al conectarlo a la red o bien comience a calentarse hasta valores excesivos o directamente se produzca un cortocircuito disparando las protecciones eléctricas de la casa, con el consiguiente peligro.

Circuito de prueba con bombilla es serie

Como no hay manera de saber de forma rápida cuál es la resistencia así como la impedancia que tienen que tener los bobinados, (a no ser que tengamos otro transformador igual o la tabla de características del fabricante), sería muy arriesgado conectarlo a la red directamente, por lo que se debe conectar el bobinado primario en serie con un elemento que limite la intensidad en el caso de que el bobinado del transformador esté en cortocircuito, en este caso usaremos una bombilla de la misma tensión nominal que la bobina primaria.

Al hacer esto, si el bobinado esta en cortocircuito, la bombilla se encenderá con normalidad o por lo menos de forma tenue, pero si permanece apagada por completo es síntoma de que la resistencia del bobinado es lo suficientemente elevada como para impedir que la propia bombilla se encienda, esto ya es un buen indicio de que está en buenas condiciones.

ENSAYO DEL TRANSFORMADOR.

Ahora que sabemos que el primario no ha sufrido aparentemente daños vamos a realizar una serie de pruebas que nos darán indicaciones más precisas de su estado.

Ensayo en vacío.

La primera prueba se denomina ensayo en vacío con la que podremos medir si las tensiones del secundario del transformador son correctas.

Para realizar esta prueba, en el secundario no habrá ninguna carga conectada, es decir, el bobinado secundario estará abierto y no circulará a través de él intensidad.

Tensión de alimentación al transformador con la bombilla en serie

Como por el secundario no circula ninguna intensidad, por el primario circulará una intensidad muy pequeña (solo la intensidad correspondiente a las pérdidas en el cobre -casi despreciables- y en el hierro) por lo que, como la bobina está en serie con la bombilla, también apenas circulará intensidad por esta última, de este modo la caída de tensión que se produce en la propia bombilla será de unos pocos voltios y el transformador estará alimentado por prácticamente la tensión de red, lo que nos posibilitará realizar ciertas pruebas.

Tensión del secundario en vacío

Una vez que se ha conectado el circuito a la red, se procede a medir tensiones en el secundario para comprobar si estas son correctas a lo que marca la placa de características del transformador.

Las tensiones que se registren son las correspondientes a las tensiones de vacío del transformador ya que no existe carga en el secundario, y por eso serán algo más elevadas que cuando se conecta una carga al mismo ya que como no circula intensidad por el bobinado, tampoco se produce una caída de tensión en dicho bobinado.

Intensidad del primario en ensayo de vacío

Ahora vamos a medir la intensidad que circula por el primario cuando el secundario está en vacío, para ello intercalamos en serie el amperímetro junto con la bombilla, si comprobamos que la intensidad está dentro de valores aceptables podremos entonces quitar la bombilla y conectar el transformador directamente a la red, pero manteniendo el amperímetro, con esto obtendremos la intensidad en vacío.

Resistencia del primario

Otro dato que nos podría indicar que el bobinado podría no estar en condiciones aceptables es calcular la perdidas en el cobre, para ello con el transformador totalmente desconectado mediremos con un ohmímetro la resistencia de la bobina primaria, y aplicando la siguiente ecuación:

 Potencia perdida en el cobre [PpCu] = I²₁ · R₁

podremos calcular la potencia que se pierde por efecto Joule o calentamiento en los bobinados.

En un ensayo en vacío debido a que la intensidad que circula por el primario es muy pequeña (comparada con la intensidad nominal en carga), el valor de la potencia perdida en los bobinados (también llamada potencia perdida en el cobre) que debemos obtener tiene que ser casi despreciable ya que como apenas circula intensidad, las perdidas debidas al calentamiento por efecto Joule son también despreciables.

Pero si la resistencia del bobinado es más baja de lo debido, ya que, como ha trabajado durante un tiempo prolongado en régimen de sobrecarga, se podría haber dañado el aislamiento entre espiras de la bobina, y el valor que obtendríamos en este cálculo ya no sería tan pequeño, y daría como consecuencia un recalentamiento elevado del transformador, aún sin carga.

Las medidas que se han obtenido son: Resistencia 248 ohmios y 0,04 amperios

PpCu = 0,04² · 248 = 0,40 W

Ensayo en cortocircuito.

Montaje del ensayo en cortocircuito

Este ensayo consiste en cortocircuitar el secundario del transformador intercalando un amperímetro y alimentar progresivamente desde una tensión de cero voltios el primario hasta que el amperímetro llegue a la intensidad nominal máxima de trabajo del secundario, de tal manera que sin necesidad de ir colocando cargas al secundario, (imagínese por ejemplo la cantidad de receptores eléctricos que habría que conectar al secundario de un transformador de 1000 kVA para que por este bobinado circule la intensidad máxima de trabajo, ¡no habría espacio en el lugar del ensayo!), podemos llevar el transformador a su carga máxima sin necesidad de conectar un receptor a sus bobinados.

Para regular la tensión lo ideal es utilizar un auto-transformador regulable, pero como no dispongo de este he usado otro transformador el cual me da una tensión de salida que aplicada al primario del transformador que estamos probando con su secundario en cortocircuito consigo que circule por este aproximadamente 1,1 amperios, (1 amperio es la intensidad máxima que marca las características del trafo).

Conclusiones.

Cuando se ha calculado las perdidas en el cobre en el ensayo en vacío, se ha obtenido que las pérdidas son de 0,4 vatios, y teniendo en cuenta que en este tipo de ensayos los valores de potencia perdida en el cobre son despreciables, ya que los valores suelen ser de centésimas de vatio e incluso menos, al obtener casi medio vatio en un transformador de 12 VA es ya un valor un tanto sospechoso por ser algo elevado y habrá que vigilar el transformador durante su uso normal.

En el ensayo de cortocircuito se ha tenido que alimentar con 51,4 voltios, esto es lo que se conoce como tensión de cortocircuito y teniendo en cuenta que se expresa en tanto por ciento con respecto a la tensión nominal, estamos hablando de una tensión de cortocircuito de 22,35 %, parece un poco elevada, sin embargo, al ser un transformador de seguridad y poseer un elemento de protección térmica como el fusible térmico junto al bobinado primario, indica que este transformador es del tipo resiste parcialmente a los cortocircuitos y debido a ello suelen tener una tensión de cortocircuito algo elevada.

Bobinado primario y secundario

Bobinado primario con nuevo cableado

Chasis de plástico que contiene las bobinas primaria y secundaria y las separa eléctricamente ante cualquier fallo de aislamiento (trafo de seguridad)

Si se cortocircuita el secundario el aumento de intensidad en el primario produce el encendido de la bombilla

Ionizar un gas mediante la aplicación de calor

 

Con anterioridad hablamos que el aire en presencia de un campo eléctrico muy intenso se ioniza, y que este aire ionizado es un mejor conductor eléctrico. 

Bien, existen otros métodos para obtener la ionización de un gas, podríamos decir de forma generalizada que para conseguir la ionización de un átomo del elemento que sea, en este caso de un gas, es necesario proporcionarle energía. Por ejemplo, cuando hablábamos del efecto punta, esa energía para conseguir la ionización del aire la aportábamos mediante un campo eléctrico muy intenso. 

Ahora esa aportación de energía la vamos a realizar mediante la aplicación de calor. 

El experimento va a consistir en demostrar como el aire en condiciones normales no es un buen conductor eléctrico, pero si lo ionizamos aplicando calor, en este caso mediante el uso de una llama, se va a comprobar como ese aire que antes no dejaba circular una corriente eléctrica a través de él, de pronto comenzá a hacerlo. 

Este experimento se va a desarrollar de la siguiente manera, se colocarán enfrentados dos electrodos separados a una distancia que impide que salte un arco eléctrico entre ellos, en el momento en el que el aire es calentado mediante una llama se observará como el aire ahora ionizado permitirá que a través de este pueda establecerse un arco.


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Experimento con una Escalera de Jacob

Otro de los experimentos interesantes que se pueden hacer con un generador de alta tensión es un escalera de Jacob, que a pesar de su simpleza es siempre muy vistoso de contemplar. 

Básicamente consiste en dos electrodos aislados entre si dispuestos normalmente en forma de “V” de tal manera que la distancia entre electrodos es menor en la base que en la parte superior, por lo que si sometemos a ambos electrodos a una alta diferencia de potencial se establecerá un arco eléctrico por el camino que menos resistencia ofrezca, en este caso es por el lugar en el que los electrodos están más cerca, es decir por la base. 

Cuando se produce el salto del arco eléctrico (en nuestro caso de forma manual) este al estar a una alta temperatura calienta el aire que hay a su alrededor, lo que a su vez produce que el aire se ionice por lo que va a convertirse en un mejor conductor eléctrico. 

Si tenemos en cuenta que el aire caliente tiene una menor densidad que el aire frío, este aire calentado por el arco eléctrico va a elevarse así que el arco en un intento se circular por el camino que menos resistencia le ofrezca tenderá a circular a través de ese aire calentado e ionizado y como este sebe, el arco eléctrico también subirá. 

Cuando ya se encuentre el arco en la parte superior de los electrodos, al final de estos, el arco eléctrico en un intento de seguir circulando a través de ese aire caliente comenzará a estirarse por encima de los propio electrodos hasta que llega un punto en que la diferencia de potencial ya no es lo suficientemente elevada como para mantener el arco eléctrico tan estirado, por lo que este se extinguirá, para repetirse el proceso nuevamente por la parte más baja de los electrodos. 

Su construcción es muy sencilla, tan solo hace falta dos varillas cilíndricas separadas entre si y sujetas por la base mediante un material aislante, como madera en este caso, después se conectan ambos electrodos a una fuente de alta tensión y una vez que cebemos el arco por la parte inferior, este se mantendrá el solo y comenzará a ascender. -tp-