Laboratorio de Circuitos Eléctricos.pdf

 

 

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA COORDINACIÓN GENERAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DEPARTAMENTO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

NOMBRE DEL ALUMNO: ______________________________________________________ MATRÍCULA: ______________________

BRIGADA: ________________ ___________________ ___

INSTRUCTOR: _______________________________________________________________ PERIODO: _______________________________

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉCTR ICOS

ÍNDICE INTRODUCCIÓN  ..............................................................................................................................................................

I

................. ................................... ................................ .............. 1 PRÁCTICA #1. REGLAS DE SEGURIDAD Y MANEJO DEL EQUIPO  .................................. ................. ................................... ....................... ..... 3 PRÁCTICA #2: CONEXIONES SERIE Y PARALELO DE RESISTENCIAS ....................................

PRÁCTICA #3: LEY DE OHM Y POTENCIA ELÉCTRICA ....................................................................................... 5 PRÁCTICA #4: COMPROBACIÓN DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF ................................................................... 8 ................ .......................... ......... 10 PRÁCTICA #5: COMPROBACIÓN DEL MÉTODO DE CORRIENTES DE MALLA  ................................... ................. ................................ ............... 12 PRÁCTICA #6: COMPROBACIÓN DEL MÉTODO DE VOLTAJES DE NODO ....................................  .................................................. ................................... ................. 14 PRÁCTICA #7: COMPROBACIÓN DEL TEOREMA DE THEVENIN  ................................

PRÁCTICA #8. ANÁLISIS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS, CONEXIÓN EN SERIE ALIMENTADOS CON CORRIENTE ALTERNA  .....................................................................................................................................

17

 .................................. ... 25 PRÁCTCA #9. ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRCOS, CONEXIÓN EN PARALELO  ...............................

PRACTICA #10. MEDICIÓN DE POTENCIA MONOFÁSICA ................................................................................ 31 PRACTICA #11. CORRECCIÓN DE FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS MONOFÁSICOS DE CORRIENTE ALTERNA  ...............................................................................................................................................

33

 

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INTRODUCCIÓN Este libro ha sido diseñado para usarlo como libro de prácticas para el Laboratorio de Circuitos Eléctricos en las carreras de Ingeniero en Mecatrónica, Ingeniero en Aeronáutica, Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones, así como para la carrera de Ingeniero Mecánico Administrador. El libro está acorde con los tableros, aparatos y equipos con los que cuenta el Departamento de Circuitos Eléctricos del área de Potencia Eléctrica en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, para la instrucción de los estudiantes de las carreras antes mencionadas. Este laboratorio maneja desde el punto de vista práctico tres áreas que son: principios básicos de la ingeniería eléctrica, solución de redes eléctricas, circuitos equivalentes de redes lineales y bilaterales. Las redes eléctricas que elabora el estudiante en sus prácticas se manejan con alimentación de corriente continua corriente de alterna.y en las restantes hasta la práctica 11 con alimentación a los circuitos con Este manual contiene experiencias de docentes expertos en la materia y el trabajo de algunos estudiantes becarios y de servicio social del Departamento de Circuitos Eléctricos.

 Academia de Circuitos Eléctricos FIME, UANL

I

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Coordinación General de Ingeniería Eléctrica Departamento de Circuitos Eléctricos

Elaborado por: M.C. Sara Judit Olivares González M.C. Noé Hortiales Pacheco M.C. Ana Orozco Ramírez

Diseño: Karen Elizabeth Alemán Reyna  Anacecilia Lozano Moreno

II

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTICA #1. REGLAS DE SEGURIDAD Y MANEJO DEL EQUIPO REGLAS DE SEGURIDAD Las consecuencias del paso de la corriente por el cuerpo humano puede ocasionar desde lesiones físicas secundarias (golpes, caídas, etc.), hasta la muerte. Una persona se electrocuta cuando la corriente eléctrica circula por su cuerpo, es decir, cuando la persona forma parte del circuito eléctrico, pudiendo al menos, distinguir dos puntos de contacto: uno de entrada y otro de salida de la corriente. Los efectos que producen las corrientes eléctricas en el organismo se pueden predecir en lo general mediante la siguiente tabla. 1. ANTES de comenzar a trabajar con cualquier equipo, averigüe en qué condiciones está el equipo y si existe algún peligro. 2. NUNCA confíe en dispositivos de seguridad tales como fusibles, relevadores y sistemas de cierre, como base de su protección. Puede ser que no estén funcionando o que no logren protegerlo cuando másquite lo necesita. 3. NUNCA la punta de tierra de un enchufe de entrada de tres cables. Esto elimina la característica de conexión a tierra del equipo convirtiéndolo en un verdadero peligro. 4. ORDENE LA MESA DE TRABAJO. Trabajar entre cables enredados y con un montón de componentes y herramientas solo propicia el descuido, con lo que aumenta las posibilidades de un corto circuito, choques y accidentes. Acostúmbrese a trabajar en forma sistemática y organizada. 5. NO TRABAJE SOBRE PISOS MOJADOS. Esto hace que se reduzca sustancialmente su resistencia, al haber mejor contacto a tierra, trabaje sobre tapetes ahulados o pisos aislados. 6. NO TRABAJE SOLO. Siempre conviene que haya otra persona para cortar la corriente, aplicar respiración artificial y llamar a un médico. 7. TRABAJE SIEMPRE PROTEGIDO. Cualquier corriente que pase entre las manos atraviesa el corazón y puede ser letal. 8. JAMÁS HABLE CON ALGUIEN MIENTRAS TRABAJA. No permita que le distraigan y no converse con nadie, sobre todo si trabajan con equipos peligrosos. No sea la causa de un accidente. 9. MUÉVASE SIEMPRE CON LENTITUD cuando trabaje cerca de circuitos eléctricos. Los movimientos rápidos y violentos son la causa de muchos choques, accidentes y corto circuitos.

1

 

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REPORTE 1. ¿Cuál es el símbolo util utilizado izado para medir en el multímetro la señal de corriente y voltaje de directa?

2. ¿Cuál es la unidad de medición de voltaje?  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________ 3. ¿Cuáles son las escalas de medición de voltaje e en n un multí multímetro? metro?  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________ 4. ¿Cuál es la unidad de medición de corriente?  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________ 5. ¿Cuáles son las escalas de medición de corriente en un multímetro?  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________ 6. Mencione dos reglas de seguridad a usar en el laboratorio 1) ______________________________________________________________________ 2) ______________________________________________________________________ 7. Anote completo el código de colores de las resistencias  _________________________________________________________________________  __________________________________ _______________________________________  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________  ___________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________  ______   ________________________________________________________________________  _________________________________________ _______________________________  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________  _________________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________  ___________________________________________________________________  _________________________________________ ________________________________ ______

2

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTICA #2: CONEXIONES SERIE Y PARALELO P ARALELO DE RESISTENCIAS OBJETIVO: Conocer el funcionamiento de un óhmetro obteniendo la resistencia equivalente mediante resistencias conectadas en serie y paralelo. CONEXI N EN SERIE

F RMULA 

 RT  R1  R2   ...  RN   

CONEXIÓN EN PARALELO 

FÓRMULAS   FÓRMULAS  RT  

1 1  1  R1 R2

 RT  

 R1R2

 

 R1  R2

( R1  R2 )

RT  

 R ( )  N 

PROCEDIMIENTO:   PROCEDIMIENTO: 1. 2. 3. 4.

Mida las resistencias para cada circuito. En el tablero arme cada uno de los circuitos. Mida la resistencia  R A B . Anote sus mediciones. 

Medir  R1   _________   R2   _________   R3  _________ 

 

 R4   _________   R A  B  RT    _________  3

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS  ________ _____  _   R1   ____  ________ _____  _   R2   ____  ________ _____  _   R3   ____  ________ _____  _   R4   ____

 

 ________ _____  _   R5   ____  ________ _____  _   R6   ____  ________ _____  _   R A  B  RT    ____

 R1   _________   R2   _________   R3  _________ 

 

 R4   _________   R A  B  RT    _________ 

 R1   _________   R2   _________   R3  _________ 

 

 R4   _________   R A  B  RT    _________ 

REPORTE: 1. Determinar para cada uno de los circuitos la  RT   aplicando las fórmulas de conexión serie o paralelo según sea el caso.

4

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTICA #3: LEY DE OHM Y POTENCIA ELÉCTRICA OBJETIVO:  Aplicar la ley de ohm y sus diversas formas, además de familiarizarse con los voltímetros y amperímetros de C.D., así como determinar la potencia disipada en los diferentes circuitos de C.D. LEY DE OHM  OHM  La Ley de Ohm dice que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. La ecuación que define a esta ley es  I   V  .  R

POTENCIA La potencia es la velocidad con la que se hace un trabajo, y en electricidad, es la combinación de voltaje (presión) y corriente (movimiento de electrones). La ecuación para calcular la potencia es  P  VI  .  PROCEDIMIENTO:   PROCEDIMIENTO: 1. 2. 3. 4. 5.

Mida las resistencias Anote sus valores en la tabla Arme en el tablero el circuito mostrado Realice llas as medici mediciones ones que se piden Anote sus mediciones en la tabla

5

 

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V (V )

 

 I ( mA)

 

 R( k )

 

 P ( mW )

 

 R1    R2  

 R3    R4  

 R5    R6    R7  

Totales

 

REPORTE: V 

1. Realiza la comprobación de cada una de las resistencias aplicando la ley de ohm  I  R1 

V  R1

 I  R 2 

V  R 2

 I  R 3 

V  R 3

 I  R 4 

V  R 4

 I  

V  R 5

 R1

 R 5

 I  R 6   I  R 7   I T  

 R2  R3  R4  R5 V  R 6  R6 V  R 7  R7

V T   RT 

 I    R

.

 

  _________  _________________ ________  __________  __________    _________  _________________ ________  __________  __________    __________  _________________ _______  __________  __________    _________  _________________ ________  __________  __________    _________  _________________ ________  __________  __________    ________  _________________ _________  __________  __________    __________  _________________ _______  __________  __________ 

  _________  __________________ _________  __________  __________   

6

 

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2. Obtener la potencia en cada una de las resistencias.  P R1  VR1 I R1   _________________  __________   P R 2  VR 2 I R 2   _________________  __________   P R 3  VR 3 I R 3   _________________  __________   P R 4  VR 4 I R 4   _________________  __________   

 P R 5  VR 5 I R 5   _________________  __________   P R 6  V   R 6 I R 6   _________________  __________   P R 7  VR 7 I R 7   _________________  __________   PT  VT I T    ___________________  __________   P E

3. Comprobar



P C  . 

 P E  VT I T    _________________  __________ 

 

 PC   P1  P2  P3  P4  P5  P6  P 7   __________________  _____________________________ ___________  __________ 

7

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTICA #4: COMPROBACIÓN DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF OBJETIVO:  Familiarizarnos con las mediciones de voltaje, corriente y resistencia, así como OBJETIVO:  comprobar prácticamente las leyes de Kirchhoff. LEYES DE KIRCHHOFF 1° Ley de corrientes (LCK): establece que la suma algebraica de las corrientes en cualquier nodo de un circuito eléctrico es igual a cero ( I   0) .  2° Ley de voltajes (LVK): establece que la suma algebraica de voltajes en una trayectoria cerrada (lazo) en un circuito es igual a cero (V   0) .  PROCEDIMIENTO: 1. Mida Mida llas as rres esis iste tenci ncias as 2. Anot Anote e su suss vvalo alores res en lla a ta tabla bla 3. Arm Arme e en el tabl tablero ero el cir circui cuito to mo mostr strado ado 4. Real Realice ice llas as me medic dicion iones es que que se pide piden n 5. Anot Anote e sus med medici iciones ones en lla a ta tabla bla

Rama

V (V )

 

 I ( mA)

 R( k )

 

 

 P ( mW )

 R1  R2

 R3  R4

 R5 Totales

6. Com Comprob probar ar las si sigui guient entes es ecu ecuaci aciones ones::  P E



P C 

 P E  VT I T     P  C 

 

 

 

 P     P   P     P      P  4 5 1 2 3

8

 

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REPORTE: 1. Determine para cada nodo la ecuación de la Ley de corrientes de Kirchhoff (∑  = 0), sustituir los valores medidos y comprobar que las corrientes que entran a un nodo son iguales a las que salen. 2. Determine para cada lazo la ecuación de la Ley de voltajes de Kirchhoff (∑  = 0), sustituir los valores medidos y comprobar que la suma de elevación de voltajes es igual a las caídas de voltaje.

9

 

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PRÁCTICA #5: COMPROBACIÓN DEL MÉTODO DE CORRIENTES DE MALLA OBJETIVO: Comprobar prácticamente el análisis de mallas como un método de solución de circuitos y su relación con la Ley de voltajes de Kirchhoff (LVK). Este método es uno de los que más se utilizan para la solución de un circuito y se basa en la ley de los voltajes de Kirchhoff (LVK). Una malla es una trayectoria cerrada simple. Método: 1. Identificar el número de mallas y enumerarlas. 2. Asignar el sentido de las corrientes en sentido de las manecillas del reloj. 3. Determinar las ecuaciones de las mallas por la ley de Ohm

 I  

V   R

  (aplicando la Ley de

voltajes de Kirchhoff). 4. Solucionar dichas ecuaciones (simultá (simultáneas, neas, determinantes o matrices) matrices) PROCEDIMIENTO: 1. Medir las resistencias y anotar los valores en la tabla. 2. Armar en el tablero el circuito mostrado en la figura. 3. Medir las corrientes de malla conectando el amperímetro como se indica en la figura. Si cambia la polaridad marque las corrientes como negativas.  I 1    _________    I 2    _________    I 3    _________   4. Medir la corriente de cada rama indicado en la figura del circuito la dirección de dicha corriente y anotar los valores en la tabla. 5. En función de las corrientes de malla, elaborar para cada rama su ecuación de corrientes y anotarlas en la tabla. 6. Sustituir en llas as ecuaciones anteriores los valores de las corrientes de malla medidas e en n el paso 4 y anotar los resultados en la tabla. 7. Comparar los resultados de las corrientes de rama medidas en el paso 3 con los calculados en el paso 5.

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Rama

 R(k )

 

V (V )

 

  Ecuación de la corriente de Calculada rama con respecto a la de malla

 I ( mA)

Medida

 P ( mW )

 

 R1    R2  

 R3    R4    R5  

 

Totales

8. Medir el vvoltaje oltaje en cada rama y anote los valores en la tabla. 9. Comparar la potencia consumida por las resistencias ( P C ) con la potencia entregada por la fuente ( P  E ) y anotar las observaciones.  __________  ____   P C    ______

 

 __________  ____   P  E    ______

REPORTE:   REPORTE: 1. Elaborar las ecuaciones de malla para el circuito y solucionarlas, encontrando los valores de  I1 , I 2  e  I 3  de malla. Compararlas con los valores de las corrientes de malla medidas en el paso 8. Anotar las observaciones.

11

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTICA #6: COMPROBACIÓN DEL MÉTODO DE VOLTAJES DE NODO OBJETIVO:  Comprobar prácticamente el análisis de nodos como un método de solución de OBJETIVO:  circuitos y la relación que existe con la Ley de corrientes de Kirchhoff (LCK). Este método se utiliza más prácticamente que el método de corriente de mallas, debido a que es más fácil medir voltajes que corrientes, y se basa en la Ley de corrientes de Kirchhoff (LCK). Para la solución de un circuito por el método de voltajes de nodo los pasos a seguir son los siguientes: 1. Identificar el número de nodos. 2. Asignar un nodo de referencia (e  0) colocando el símbolo de tierra

.

1

3. Determinar las ecuaciones de nodo e( )  I  y resolverlas.  R

PROCEDIMIENTO:  PROCEDIMIENTO:  1. Medir las resistencias y anotar los valores en la tabla. 2. En el tablero armar el circuito mostrado en la figura. 3. Tomar como n nodo odo de referencia el nodo   0) y medir los voltajes de los nodos " d "(ed   restantes (ea, eb, ec)   y anotarlos. Considerar polaridad.  _________  ____   ec   _____ ea   ____  _________  _____   eb   _____  _________  ____   4. Medir los voltajes en cada rama, anotarlos en la tabla y compare los valores con los calculados en el paso 3. 5. Medir las corrientes en cada rama y anote los valores en la tabla.

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Rama

 R(k )

 

Ecuación de voltaje de rama con respecto a los de con nodo

V (V )

Medido

 

 I ( mA)

 

 P ( mW )

 

Calculado

 R1    R2  

 R3    R4  

 R5   Totales

 

6. Calcular la potencia de cada resistencia, la de la fuente y comprobar que la potencia entregada por la fuente ( P  E  )  es igual a la potencia consumida por las resistencias ( P C ) .  P C    ______  __________  ____ 

 

 P  E    ______  __________  ____ 

REPORTE: 1. Elaborar las ecuaciones de voltajes de nodo para el circuito y solucionarlas encontrando los valores de ea, eb y ec . Compare los valores con los medidos en el paso 2.

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LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTICA #7: COMPROBACIÓN DEL TEOREMA DE THEVENIN OBJETIVO:  Reducir entre un par de terminales un circuito que esté compuesto por varios OBJETIVO:  elementos lineales y una o más fuentes de voltaje, corriente o combinados; por un circuito más simple, que consta únicamente de una fuente de voltaje en serie con un elemento lineal pasivo (resistencia). TEOREMA DE THEVENIN  A cualquier circuito que esté compuesto por elementos lineales y activo (energizado con una o más fuentes de voltaje, corriente o ambas) le podemos obtener su equivalente Thevenin entre un par de terminales, siempre y cuando pongamos una fuente de voltaje en serie con un elemento lineal en seguido de la fuente con una R equivalente conectada.

CIRCUITO ORIGINAL

CIRCUITO EQUIVALENTE DE THEVENIN

La fuente de voltaje del circuito Thevenin (V TH  )   es el voltaje que tiene el circuito original entre las terminales  A   y  B   (V  AB )   y el elemento lineal pasivo ( RTH  )   es la resistencia equivalente entre las terminales  A  y  B del circuito original ( R AB )  anulando las fuentes existentes en el circuito. Nota: Las fuentes de voltaje se sustituyen por un cortocircuito (0V )   y las fuentes de corriente por un circuito abierto (0 A) .  PROCEDIMIENTO:   PROCEDIMIENTO: 1. Medir los valores de las resistencias a utilizar y anotar sus valores  R1   ___  ______ ______ ____  _ 

 R4   ______  __________  ____ 

 R2   ___  ______ ______ ____  _ 

 R5   ______  __________  ____   

 R3   ___  ______ ______ ____  _ 

 __________  ____   R6   ______

2. Armar en el tablero de nodos el siguiente circuito 14

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS

CIRCUITO 1

EQUIVALENTE DE THEVENIN

3. Colocar entre llas as terminales  A   y  B   del Circuito 1 una carga ( R L   __________)  y medir la corriente  I  x   y el voltaje V  x .  Esto es con el fin de revisar el efecto que el circuito original produce sobre una carga conectada entre las terminales  A  y  B .   I  L    _____  __________  _____   V  L    ______  __________  ____   4. Desconectar la carga  R L . Debido a que el circuito equivalente Thevenin está compuesto de una fuente de voltaje igual al voltaje entre terminales  A  y  B  del circuito original (V TH  ) .Medir este voltaje.

V AB  V TH    ____  _______ ______  ___  

5. Eliminar la fuente de 30 30V  V  , sustituyéndola por un corto circuito ( R  0) . Debido a que el circuito Thevenin también está compuesto de una resistencia igual a la resistencia equivalente entre las terminales  A y B del circuito original. Medir esta resistencia.  R AB  RTH    ______  __________  ____   6. Con estos valores (V TH    y  RTH  ) . En el tablero de nodos armar el circuito equivalente Thevenin. Ajustando la fuente de voltaje al valor del V TH    obtenido en el paso 4 y un potenciómetro igual al de R TH obtenido en el paso 5.

CIRCUITO EQUIVALENTE THEVENIN 7. Conectar al circuito Thev Thevenin enin entre las termi terminales nales  A  y  B   la misma carga ( R L )  utilizada en el paso 3 y medir  I  ' L   y V  ' L . Estos son los efectos de voltaje y corriente entregados por el circuito Thevenin sobre la carga. 15

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS  I  ' L   ______ ______ ___ __  

V  ' L   ___ _________ ____  

8. Compare las lecturas obtenidas en el paso 3 con llas as del paso 7.  I L  I  'L   V L  V  'L    _________ = __________  _________ = __________

REPORTE: Realizar cada uno de los siguientes pasos en forma analítica. 1. Eliminar la fuente de 30 30V  V  , sustituirla por un corto circuito y calcular el valor de la resistencia equivalente del circuito entre las terminales  A  y  B .  R AB  RTH    ______  __________  ____   2. Calcular por cualquier método de sol solución ución (mallas o nodos) el voltaje entre las terminal terminales es  A y B . V AB  V TH    ____  _______ ______  ___   3. Colocar entre las tterminales erminales  A   y  B   la resistencia de carga ( R L )   en el circuito original y determinar los valores de  I  L  y V  L  (aplicando cualquier método de solución).  I  L    _____ V  L    ______  __________  ____    __________  _____   4. Con los valores obtenidos en el paso 1 y 2 tenemos el ci circuito rcuito equivalente Thevenin

5. Colocar entre las terminales  A   y  B   del circuito Thevenin, la resistencia de carga ( R L )   en calcular la corriente y el voltaje en la resistencia de carga ( R L ) .   I  ' L   _____ _____ _____  ____  

V  ' L   _______ ______  

6. Anote sus observaciones.

16

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTICA #8. ANÁLISIS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS, CONEXIÓN EN SERIE ALIMENTADOS CON CORRIENTE ALTERNA OBJETIVO: Determinar la respuesta que tienen los circuitos resistivos, inductivos y capacitivos cuando se le aplica un voltaje de corriente alterna.

REGLAS DE SEGURIDAD PARA QUEMADURAS Las resistencias se calientan mucho, sobre todo las que llevan corrientes elevadas. Tenga cuidado con las resistencias; pueden quemarle la piel de los dedos. No las toque hasta que se enfríen. Tenga cuidado con todos los capacitores que aún puedan tener alguna carga. La descarga eléctrica no solo puede producirle un choque peligroso o fatal, sino también, quemaduras. Si se excede el voltaje nominal de un capacitor electrolítico, éste puede calentarse de un modo excesivo e incluso explotar. CIRCUITO RESISTIVO  Armar un circuito serie con dos elementos pasivos resistivos de diferentes valores o iguales, suministrarle un voltaje alterno de 127 ó 220 220 , 60. Determinar la respuesta que tiene el circuito. Medir

 ______ ______ ____  _   I T    ___  ______ ______ ____  _    V T    ___  ______ ______ ____  _  V  R1   ___  _______ ______  ___  V  R 2   ____

Comprobar la Ley de Voltajes de Kirchhoff : VT  VR1  V R 2   Si se aplica la ley de Kirchhoff de voltajes, y si la suma aritmética de   y  , es igual al voltaje aplicado  , entonces se dice que el circuito tiene una corriente que se encuentra en fase con el voltaje, por lo tanto el circuito efectivamente es resistivo

V

T

  I   0 . T 

17

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS

Representación en el dominio del tiempo  

Representación matemática

VT  Vm sen  t   IT  I m sen  t   

Representación en el dominio de la frecuencia V T  

I

T

 

V

T

V m 2

 I T    I m 2

0

  0

CIRCUITO RESISTIVO - INDUCTIVO  Armar un circuito serie con un elemento resistivo y un elemento inductivo, suministrarle un voltaje alterno de 127 o 220 , 60   Hz . Determinar el comportamiento que tiene el circuito. Medir  ______ ______ ____  _   I T    ___  ______ ______ ____  _  V T    ___  ______ ______ ____  _  V  R   ___

 

V  L   ___  ______ ______ ____  _ 

18

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS Comprobar la Ley de Voltajes de Kirchhoff: VT  VR  V L   Si se aplica la ley de Kirchhoff de voltajes, y si la suma aritmética de V  R  y  V  L  es mayor que el voltaje aplicado V T  , entonces se dice que el circuito tiene una corriente que se encuentra atrasada al voltaje. Representación en el dominio del tiempo

Representación matemática

VT  Vmsen t   IT  I msen (t    )

Representación en el dominio de la frecuencia

 

Representación matemática V T  

V m

 I T  

 I m

2  

0

    

2

Nota: Lectura del multímetro V ef    

Para determinar el ángulo

  , se

V m 2

 

 I ef   

 I m 2

 

utiliza la ecuación de los voltajes VT  VR  V L  

19

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS

 Aplicando la ley de cosenos 2

2

VT  VR  VL  2 VR VL c  os( 180   L )  

Como: Cos (180   L )  Cos( L )   2

2

VT  VR  VL  2 VR VL c   os( L )  

  L

   VT 2  VR 2  V L  cos   2 V R V L   

2

1

    

Por ley de senos VT sen (180   L )

 T 



V L sen ( T  )

 

   V    sen (180   L )    sen  1   L    V  T   

Nota:  L

  T   

VT  VR  V L  IT  I R  I L

, por

ser conexión serie.  serie. 

CIRCUITO RESISTIVO- CAPACITIVO  Armar serie elemento resistivo y un elemento eleme nto capacitivo, alternoun decircuito 127 o 220 , 60con . Determinar la respuesta que titiene ene el circuito. suministrarle un voltaje   Hz un Medir

 _______ _______  ___   I T    ___  ___ ______ ____  _  V T    ______  ______ ______ ____  _  V  R   ___

 

 ______ ______ ____  _  V C    ___

20

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS Comprobar la Ley de Voltajes de Kirchhoff: VT  VR  V C    Si se aplica la ley de Voltaje de Kirchhoff, y si la suma aritmética de V RR    y  V CC ,  es mayor que el voltaje aplicado V TT  . Entonces se dice que el circuito tiene una corriente que se encuentra adelante del voltaje. Representación del voltaje total y la corriente total: Dominio del tiempo

Matemática

VT  Vmsen t   I T  I msen t    

Dominio de la frecuencia

Matemática V T   V m 2  I   I T     m 2

Para determinar el ángulo

   utilizamos

 

0

   

la ecuación de voltajes: V T   V R  V C   

21

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS

VT VT

2

2

2

2

 VR  VC  2 VR VC c  os(180   C ) 2

 

2

 VR  VC  2 VR VC c  os( C )

 

2 2 2     V V V  T R C    1  C   cos   2 V R V C   

Por ley de senos VT sen (180  C )

 T 



V C  sen ( T  )

 

   V    sen (180   C  )    sen  1   C    V  T   

Nota 1:  1:  C

  T   

VT  VR  V C   IT  I R  I C 

, por ser conexión serie. 

Nota 2: Los ángulos de desfasamiento, entre el voltaje y la corriente, son muy utilizados para el cálculo de las potencias que existen en circuitos de corriente alterna. Determinación de las impedancias  Z   Resistencia  Z R  Inductor  Z L  Capacitor  ZC 

V  R  I  R V  L  I  L V C   I C 

V 

 

 I 

 

 

0  R  j 0    L  

RL  jX L   

 C  

RC  jX C    

22

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS Donde:

 R L  

Resistencia interna del inductor

V  L cos   L    I  L

 X  L  

Reactancia del inductor

V  L

 

 I  L sen

Inductancia (Henrios)

 L  

 X  L  

 L

 

 

 RC   

Resistencia interna del capacitor

 X C   

Reactancia del capacitor

V  L sen  C     I  L

C   

Capacitancia (Faradios)

1     X C 

V C   I C 

cos C   

Impedancia equivalente  =

 

∡ =  ±  

Donde: Resistivo  ZT  Z R1  Z R 2  R   j 0   Resistivo inductivo  ZT  Z R  Z L  R  jX L   Resistivo capacitivo  ZT  Z R  ZC  R  jX C     Determinación de potencia instantánea y su valor promedio  PT  VT I T  Vm cos t  I m cos t       PT  

Vm I m 2

cos  

Vm I m 2

cos  cos  2t  

  Vm I m   sin  sin  2t  2

 

23

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS Circuito inductivo

Circuito capacitivo

El valor de la potencia promedio W 

1

  T 

 P dt , 

T  0

Cuando W 

T 

t   2   

Vm I m cos   VT I T cos    I R2 RT   2

 

Nota: Valor promedio de la potencia instantánea. Circuito Resistivo  PT  PR1  PR 2  IT2 RT     Circuito resistivo- Inductivo  PT  PR  PL  IT2 RT     Circuito resistivo- Capacitivo  PT  PR  PC  IT2 RT    

REPORTE: 1. Efectuar todos los cálculos de acuerdo con las ecuaciones y valores tomados de la la práctica. 2. Comprobar que los cálculos realizados satisfacen el tipo de conexión y elemento. Anotar sus observaciones.

24

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRÁCTCA #9. ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRCOS, CONEXIÓN EN PARALELO P ARALELO  OBJETIVO: Determinar la respuesta que tienen los circuitos resistivos, inductivos y capacitivos en OBJETIVO: Determinar paralelo, cuando se le aplica un voltaje alterno. CIRCUITO RESISTIVO 1. Armar un circuito paralelo con dos elementos pasivos resistivos y suministrarle un voltaje alterno de 127 ó 220 220 volts, volts, 60 Hz. Determinar qué respuesta tiene el circuito. VT  VR1  V R 2   Medir  I T    __________  V T    _________  __________  _   I  R1   __________ 

 

 I    _________  __________  _   R 2

2. Comprobar la Ley de Kirchhoff:  IT  I R1  I R 2   Si se aplica la ley de Kirchhoff de corriente, y si la suma aritmética de  I  R1  e  I  R 2  es igual a  I T  , entonces la corriente y el voltaje del suministro se encuentran en fase.

Representación en el dominio del tiempo

V

T

  I   0 ° T 

Representación matemática

VT  Vm cos  t   IT  I m cos  t 

 

25

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS Dominio de la frecuencia

Representación matemática V T  

IT

 

V m 2

0

 

VT

V T    I m 2

0

CIRCUITO RESISTIVO-INDUCTIVO 3. Armar un circuito paralelo con un elemento resistivo y un inductiv inductivo, o, suministrarle un vvoltaje oltaje alterno de 127 ó 220 220 volts, volts, 60 Hz. Determinar qué respuesta tiene el circuito. (VT  Vab  VR  VL )    Medir  = ___________________________  = ___________________________  = ___________________________  = ___________________________

4. Comprobar la Ley de Kirchhoff:  IT  I R  I L   Ley de Kirchhoff de corrientes, y si la suma aritmética de   e   es mayor que  I T  . Entonces el circuito tiene una corriente que se encuentra atrasada al voltaje.

26

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS

Representación en el dominio del tiempo

Matemático

VT  Vm cos  t   IT  I m cos(t    )

Dominio de la frecuencia

 

Matemático

V T  

V m 2

0

   I T  

 I m  

  

2

Para determinar el ángulo  utilizamos la ecuación de corrientes:  IT  I R  I L  

27

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS  Aplicación de ley de cosenos y ley de senos  IT

2

 I R  I L  2 I R I L cos( 180   L )   2

  L

2

    IT 2  I R 2  I L 2   cos      2  I I   R L    

1

 IT sen (180   L )

 T 



I L sen ( T  )

 

    I    s en en (1 (180   L )    sen  1   L     I  T   

CIRCUITO RESISTIVO-CAPACITIVO 5. Armar un circuito paralelo con un elemento resistivo y un elemento capacitivo, suministrarle un voltaje alterno de 127 ó 220 220 volts, volts, 60 Hz. Determinar qué respuesta tiene el circuito. ( =  =  =  ). Medir  = ___________________________  = ___________________________  = ___________________________  = ___________________________

6. Comprobar la Ley de Kirchhoff:  IT  I R  I C    Si se aplica la ley de Kirchhoff de corriente, y si la suma aritmética de  I  R  y  I C   es mayor que  I T  , entonces el circuito tiene una corriente que encuentra adelante del voltaje.

28

   

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS Representación en el dominio del tiempo Matemática VT  Vm cos  t   IT  I m cos t     

Dominio de la frecuencia

Matemática V T  

V m

 I T  

 I m

2

2

0

0

Para determinar el ángulo , utilizamos la ecuación de corrientes:  IT  I R  I C 

 Aplicación de la ley de cosenos y ley de senos  IT

2

2 2  I R  I C  2 I R I C cos( 180   C )

2

 

   C   cos

1

  

2

 I  T  I R  I C  2  I R I C 

 IT sen (180  C )

  T 

 



 

2

  

I C  sen ( T  )

    I   C s en en (1 (180   C ) 

1  

 sen  

 I T 

   29

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS 7. Det Determi erminac nación ión d de e la lass im imped pedanci ancias as   = Resistencias

∢ ∢

 =

Resistencia - Inductancia

 =

 

 

∢0° =  + 0(Ω) 

∢ =  +  (Ω) 



Resistencia - Capacitor Circuito equivalente

 =



 =

Ω)  ∢ −  =  −  (  

∢ =  ±    (Ω) 

Circuito Resistivo

 =

1 1 1 +   



Circuito Inductivo

 =

1 1 1 +  

Circuito Capacitivo

 =

1 1 1 +  

REPORTE: 1. Comprobar que los cálculos realizados en los pasos 2, 4 y 6. Anotar sus observaciones. 30

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS PRACTICA #10. MEDICIÓN DE POTENCIA MONOFÁSICA OBJETIVO: Conocer el uso del wattmetro para determinar la potencia real de un elemento resistivo, inductivo y capacitivo. Así como los conceptos de potencia real  P  , potencia reactiva Q , potencia aparente S  y factor de potencia  f . p .  Un instrumento utilizado para medir la potencia promedio es el Wattmetro. Este instrumento contiene una bobina de corriente de baja impedancia (la cual idealmente tiene una impedancia cero) que se conecta en serie con la carga, y Volmetro de alta impedancia (el cual idealmente tiene una impedancia infinita) que se conecta a través de la carga. Si el voltaje y la corriente son periódicos, y el wattmetro se conecta como se muestra en la Figura 1, leerá:  P 

1

T 

 v(t )i(t )dt  

T  0

donde v (t )  e i(t )  están definidos en la Figura 1. Advierta que i(t ) es registrada como entrada en la terminal () de la bobina de corriente y v (t )   es registrada como positiva con respecto a las terminales    de la bobina de voltaje. Las conexiones producirán una lectura de la potencia entregada a la carga. Como las bobinas están completamente aisladas entre ellas, se pueden conectar en cualquier lugar del circuito y la lectura puede tener o no significado. PROCEDIMIENTO: 1. En el tablero arme el circuito mostrado en la Figura 1, figura 2 variando la carga  Z  ; registrar las mediciones. Medir    Z1  Z  F   Z1  Z  F 1    Z1  Z  M 1    Z1  Z C 1    Z1  Z  F       Z 2  Z  M   Z 2  Z C  V   

 I   

Figura 1. 

 P   

31

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉC TR ICOS Medir  Z1  Z  F 1  Z 2  Z  F 2

 

 Z1  Z C 1  Z 2  Z C 2

 

 Z1  Z  F   Z 2  Z  M 

 

 Z1  Z  F   Z 2  Z C 

 

V   

Figura 2.

 I   

 P    REPORTE: 

1. 2. 3. 4.

¿Qué es un wattmetro? ¿Qué es la potencia? Calcule la potencia aparente S   y potencia reactiva Q  y factor de potencia para cada caso. Dibuje el triángulo de potencia de cada caso.

32

 

LAB ORATORIO DE CIR CUI CUITO TOS S E LÉCTR ICOS PRACTICA #11. CORRECCIÓN DE FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS MONOFÁSICOS DE CORRIENTE ALTERNA OBJETIVO:  Corregir el factor de potencia de una carga inductiva mediante el uso de cargas OBJETIVO:  capacitivas y observar que los efectos que tienen sobre la potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente ( P, Q  y S ).   PROCEDIMIENTO: 1. Arme el circuito de las Figura 1. Alimente el motor eléctrico monofásico con un voltaje de 127 / 220 Volts y conecte el wattmetro como se muestra. Medir:  V    ___  ______ ______ ____  _   I    ___  ______ ______ ____  _   ______ ______ ____  _   P    ___ Figura 1  1 

 

 f . p.  __ ____ ____ ____  __ 

2. Al circuito de la Figura 2, agregue un capacitor en paralelo al motor, registre sus mediciones. Medir:   ______ ______ ____  _  V    ___  ______ ______ ____  _   I    ___  ______ ______ ____  _   P    ___

 

____ ____ ____  __   f . p.  __ Figura 2  2 

3. Repetir el procedimiento con la Figura 3 hasta lograr llevar el Medir: 

 f . p.  lo

más cercano a 1.

 ______ ______ ____  _  V    ___  ______ ______ ____  _   I    ___  ______ ______ ____  _   P    ___ Figura 3

 

____ ____ ____  __   f . p.  __

33

 

 

LAB ORA TORIO DE CIR CU CUIT ITOS OS ELÉ CTRICOS  

REPORTE: 1. ¿Para qué sirve corregir el factor de potencia? 2. Realizar las operaciones para determinar las potencias Q  y S  . 3. ¿Qué pasa con la corriente cuando se conecta un capacitor para corregir el factor de potencia? 4. ¿Por qué se conserva el vvalor alor de la potencia real o activa al agregar los capacitores en paralelo al circuito? 5. ¿El corregir el factor de potencia nos puede llevar a un ahorro de energía? 6. Calcule el valor del capacitor para tener un  f . p.  de 0. 0.98 98(().   7. Dibuje el triángulo de potencias para cada caso analiz analizado ado en la práctica.

34