Las primeras punzadas
Desde niño siempre estuve interesado en todo lo que fuera o pareciera ciencia, obvio las películas de genios locos eran (son) de mis favoritas, ¿y quien en su «insano» juicio no ha querido ser como ellos?, al menos yo si. Y algunos de los artefactos que mas me llamaban la atención en algunas de esas películas era sin duda aquél clásico de películas de terror donde un arco eléctrico sube como por arte de magia entre dos varillas en forma de «V». ¿Apoco no se ve genial? ¡Sin uno de esos en el laboratorio del científico loco, no es de científico loco!
Por ahí de los 90’s supe como se llamaba gracias a una revista de electrónica estadounidense que traía dicho proyecto en su portada, revista que obviamente compré aunque era carísima para el presupuesto de un adolescente. La revista se llamaba «Electronics Now» y el artefacto «Jacob’s ladder»
Sin embargo, no la construí ya que era demasiado cara para costearmela y además no se conseguían los transformadores en mi ciudad ni los núcleos para armarlos, así que por años quedó archivado el proyecto … 🙁
Retomando el proyecto
En el 2015, en alguna publicación de un grupo de ventas en Facebook, vi que vendían tubos de neón con su transformador de un bar que había cerrado, y estaban a un precio realmente bajo, solo había que ir y des-instalarlo, así que contacté a las personas y fui por el transformador, los tubos de neón nunca los quité ni fui por ellos, pues estaba próximo a subir a una embarcación a darle mantenimiento a los equipos eléctricos/electrónicos del mismo y no me daría tiempo de ir a des-instalar, y mover los tubos, además ni me importaban realmente, yo solo quería el transformador para mi Jacob’s ladder, por que justo con un transformador de anuncio de neón, es la manera mas sencilla y hasta se podría decir «segura» de armar una Jacob’s ladder.
¿Que es y como funciona?
Una Jacob’s ladder, es un equipo muy sencillo que con buenos acabados llama mucho la atención. Básicamente solo es una fuente de alta tensión (mas de 10kV) y dicha tensión se aplica a un par de varillas en «V», la apertura menor (la de abajo) se hará de tal manera que se alcance a formar un arco eléctrico por la cercanía de los electrodos.
Al formarse este arco, el aire a su alrededor se calentará considerablemente, y por efecto de convección empujará al arco hacia arriba, y como el arco estará rodeado de aire caliente, ese aire tiene una ruptura dieléctrica menor que el aire frío, propiciando con esto que el arco se mantenga aún en la parte mas separada de la «escalera», hasta que finalmente el mismo calor lo empujará hacia afuera de la «V» «desapareciendo» y justo apenas se desvanezca, se creará otro arco en la base de la «V» que subirá nuevamente y así sucesivamente.
Un año después…
Como hubo trabajo (gracias a Dios), el proyecto había quedado solo en las pruebas del transformador conectado directamente a la línea de AC con un par de alambres endebles del #14 como electrodos y sin ninguna protección, obviamente que eso no era seguro de usar ni de mostrar. Se acercaba una fiesta temática a la que había sido yo invitado y de acuerdo a la temática de la misma, (Steampunk) se me ocurrió hacer la Jacob’s ladder en forma para que fuera parte de las atracciones de la fiesta. También elaboré el sobrero VuMeter Steampunk del cual trato en otro post.
¡Manos a la obra!
Lo primero que había que hacer era reforzar la «V», pues esos alambritos de #14 con el movimiento o el mismo calor generado por el arco, no iban a durar, así que la mejor opción que encontré sin gastar fue tomar dos tramos de una tubería de aluminio de 1/4″ (descarga de un A/C de 1T), quitarles el forro, enderezarlos y curvarlos a las necesidades.
Lo que sigue es hacer la caja. Usé triplay de 13mm, patas de hule atornillables que compré en home depot, un interruptor con protección térmica a 15A por seguridad, el cable de corriente lo reciclé de un microondas, la tapa trasera también fue reciclada de una puerta en desuso.
Los aisladores de cerámica son reciclados de un capacitor de alta tensión de algún transmisor de AM de la localidad, a los cuales les «aumenté» el aislamiento hacia la caja por medio de unos separadores que hice con unos tubos de acrílico en los que venían unos focos HID, estos tubos los pegué con epóxico a la cerámica y en la parte de abajo se atornillan a la caja, de tal manera que el tornillo del electrodo no «baja» a la caja de madera por seguridad (la madera con humedad puede conducir electricidad y mas a esas tensiones).
En el frente decidí que llevara un foco indicador de encendido (derecha), y un medidor de corriente para que llame mas la atención. El instrumento originalmente es para usarse con un transformador de corriente de 200:5A, por lo que en realidad y sin dicho transformador el fondo de escala del mismo es de solo 5A, suficiente para lo que requerimos. (La escala quedaría así: 200A = 5A, 150A = 3.75A, 100A = 2.5A, 50A = 1.25A).
Algunos de mis gatos supervisaron la elaboración de la caja, también veremos que el transformador en su secundario puede haber 15kV a 30mA con 127V 3.5A en su primario aproximadamente. La conexiones del mismo se hicieron con terminales de ojillo ponchadas a los cables y las mismas fijadas con tuercas de acero inoxidable, rondanas de presión de acero inoxidable y arandelas de bronce.
Los cables de alta tensión los reciclé de un viejo multiplicador de tensión triple de una TV de retro-proyección, los mismos son para mas tensión que la que entrega el transformador, por lo que resultan seguros. También por seguridad, el transformador fue aterrizado.
Pruebas sin etapa de control. Notese que en las últimas 4 fotos aparecen hoyos en la parte inferior, los abrí para que entre suficiente aire frío por abajo y no se quede sin hacer el arco inicial. .
Algunas fotos del equipo y detalles del cableado.
Como se supone que el equipo debería estar por horas en la fiesta funcionando, me quedó la duda si con el calentamiento no fueran a fallar ya sea el transformador o se deformaran los electrodos, además tenerlo siempre pendido implicaría un consumo innecesario de energía eléctrica, así que debería hacer un control simple pero seguro para que cualquiera lo pudiera encender sin problema pero que no durara encendido siempre, por lo cual decidí fabricarle un control por medio de un programa dentro de un Arduino Nano, mismo que decide el comportamiento del equipo, además no quería involucrar apagadores o botones, pues no quería que nadie lo tocara directamente, así que el control lo hice por medio de infrarrojos, un sensor reflectivo que dispare la rutina del Arduino cuando el usuario acerque su mano solamente. Dicho sensor lo fabriqué yo mismo por la premisa del tiempo. En la imagen vemos el Arduino nano y por un lado un led infrarrojo encendido y junto a él un foto-transistor que recibe parte de su luz, si acercamos un objeto reflejante (la mano por ejemplo) la tensión en la resistencia de colector del foto-transistor disminuirá porque el mismo conduce más hacia el emisor.
El relevador que controlará el encendido/apagado del transformador tenía que soportar una corriente considerable sin quemarse, la solución mas barata fue reciclar uno de una tarjeta de un horno de microondas jejeje.
Armado e instalación del sensor IR. El mismo fue armado dentro de lo que era un indicador luminoso incandescente de un panel de control de un equipo industrial.
Detalles del armado del panel por la parte trasera.
El circuito de control es realmente muy simple, solo usa dos pines del Arduino, uno analógico {A0} (entrada) y uno digital {D8} (salida). En la entrada analógica se conecta el sensor IR y de acuerdo a la variación de la tensión al acercarle un objeto reflejante, activa una subrutina en el Arduino, la salida digital simplemente satura un transistor que tiene en su colector conectada la bobina del relevador, mismo que cerrará sus contactos y alimentará al transformador cuando el programa se lo indique. Notese el amperimetro en serie a la salida del relevador. El LED indicador de funcionamiento en paralelo con el relevador, es interno y solo tiene la función de indicarnos que deberían estar cerrados los contactos del relevador. El diodo en anti-paralelo con la bobina del relay, bien sabemos que es para evitar la fuerza contra-electromotriz que se generará al colapsar el campo magnético de la bobina del relay una vez que le quitemos la alimentación, con dicho diodo evitamos que nos dañe componentes en el circuito por ese voltaje inducido y también evitamos ruidos que puedan reiniciar al Arduino. En el diagrama vemos que el Arduino se alimenta de un regulador de 5V (7805) , mismo que se alimenta de una fuente conmutada pequeñísima que entrega como 14VDC a unos cuantos cientos de mA, justo del lado no regulado conectamos el foco indicador de encendido general.
El programa es por demás sencillo, primero al conectarse e iniciar encenderá el transformador por un minuto (encendido de cortesía jajaja), luego lo apagará y esperará a que el usuario acerque su mano o algo reflejante a sensor. Si se acerca algo a distancia moderada sin siquiera tocar el sensor IR, el Arduino encenderá el transformador por tres minutos, luego lo apagará y esperará 30 segundos en los que descansará (aunque se acerquen al sensor no hará nada), pasado este tiempo volverá a esperar que el usuario se acerque al sensor y así sucesivamente.
Detalles del armado del panel por la parte trasera, conexiones, actualización de programa por USB, etc..
Ahora a darle color. Decidí aplicarle tinta al alcohol para madera y me encantó el resultado final.
Aquí lo vemos terminado en la fiesta Steampunk de la que fue parte importante, al final junto a una bella modelo (la cumpleañera).
Y por último un video recopilatorio
Conclusiones:
Y es así como después de muchos años pude cumplir mi sueño de hacerme mi Jacob’s ladder, luego seguirá hacerme mi bobina Tesla jejeje. Espero les sirva de inspiración para hacerse la suya propia.
Todos los comentarios son bienvenidos.
Muchas gracias por su tiempo.
Ing. Emmanuel Fernando Herrera Cortés.
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Muy buen reportaje, dan ganas de imitar tu proyecto.
On saludo.
Gracias! Saludos cordiales.