lab.de ace 1. segunda parte

Escuela Profesional de Ingeniería Eléctrica ___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________ Guía de Análisis de Circuitos Eléctricos 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERIAS DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

SESION 06: BALANCE DE POTENCIA ELECTRICA EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

I. OBJETIVO Analizar y verificar en forma experimental la existencia del balance de potencias en los circuitos eléctricos de corriente continua, tanto en forma directa (Vatímetro), como en forma indirecta (voltímetro –amperímetro). Analizar y verificar el procedimiento correcto para la utilización y funcionamiento del instrumento vatímetro.

II. MARCO TEÓRICO:

Otro concepto importante, relacionado con los circuitos eléctricos, es la potencia, P. En corriente continua se calcula como el producto de V, el voltaje, o diferencia de potencial a través de la resistencia, y la corriente, I, que circula por ella. Es decir, P = VI. La unidad de potencia en el Sistema Internacional, SI, es el vatio, abreviado W. La potencia de una resistencia nos dice cuánto calor es capaz de disipar por unidad de tiempo. Si el producto VI de una resistencia en un circuito tiene un valor superior al de su potencia se sobrecalentará y quemará, quedando inutilizada. La unidad de voltaje en el SI es el voltio, abreviado V, y la de la corriente, el amperio, abreviado A. De acuerdo con la expresión para calcular la potencia vemos que 1 W = (1 V) (1 A).

P = I * V

Donde V es la caída de potencial en esa parte del circuito. Otra forma de expresarla puesto que V = R * I

P = R I2

Otra forma de expresarla puesto que I = V / R

P =V2 / R

III. ELEMENTOS A UTILIZAR

- 01 variac monofásico - 02 resistencia variable 0-44 ohmios - 01 Multimetro digitales - 01 amperímetro analógico - 01 vatímetro electrodinámico 0-120 v, 5A - 01 vatímetro digital - 01 puente de diodos, Conductores de conexión

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IV. ACTIVIDADES a) Armar el circuito de la siguiente figura:

b) Regulando el variac monofásico y manteniendo R1 y R2 en su máximo

valor, obtener en el voltímetro “V” una tensión de 110 voltios.

c) Variando la resistencia R1 y R2 desde su máximo valor de 44 ohmios hasta 20 ohmios como mínimo CADA UNO, no deberá de circular mas de 2.75 A en el circuito, registrar los valores V1, V2, A, W del circuito para 08 valores de R1 y R2.

Punto A(amp) V1 (V) V2 (V) VT W (watts) R1 () R2 ()

1

2

3

4

5

6

BALANCE DE POTENCIA:

POTENCIAS GENERADAS = POTENCIAS CONSUMIDAS Potencias consumidas

R1 R2 Pcons= P1 + P2

Punto P1 =V*I P1=I2 R P = V2 / R P2 =V*I P2=I2 R P2 = V2 / R

1

2

3

4

5

6






Potencias Generadas Fuente1 Pgener=

Pf Punto W Pf =VT*I

1

2

3

4

5

6

d) Para registrar los valores anteriores se deberá tener en cuenta de

no exceder los 2.75 amperios en el circuito (corriente máxima para el variac).

V CUESTIONARIO

1. Explicar el principio de funcionamiento del vatímetro. 2. ¿Qué es la potencia eléctrica? 3. ¿Cómo se conecta el vatímetro? Dibuje el esquema. 4. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica que

consume un circuito? 5. ¿Qué es “Balance de potencias” y cuándo se cumple? 6. A partir de los datos experimentales, hallar las potencias generadas y

consumidas y verificar si existe “Balance de potencia” en el circuito eléctrico.

7. En forma tabulada dar la divergencia de valores existentes entre los valores que registra directamente el vatímetro y las potencias calculadas teóricamente, adjuntar un ejemplo de cálculo.

8. En el circuito desarrollado en la práctica ¿Se cumple el balance de potencias? ¿Por qué?. Realice un cuadro para realizar la comparación.

9. Realice el cálculo teórico del circuito desarrollado en práctica y compare con los resultados experimentales. ¿Son iguales los resultados? Explique

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor numero de palabras

VII BIBLIOGRAFIA: Indique la bibliografía utilizada o la pagina web.








SESION 07: EL TEOREMA DE LA SUPERPOSICIÓN

I. OBJETIVO

Analizar y comprobar en forma experimental el Teorema de la Superposición,

haciendo uso de dos fuentes alternativas.

III. ELEMENTOS A UTILIZAR

- 03 Multímetros digitales

- 03 reóstatos de 44 ohmios

- 01 batería de 12 V = E2

- 01 puente de diodos

- 1 autotransformador variable, Conductores de conexión varios IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Proceda a armar el circuito adjunto (R1 = 25 , R2 = 20 , R3 = 35 ),

Regular el autotransformador hasta obtener una tensión en E1 = 20 voltios.

CASO A: Haciendo actuar solo la fuente E1

2. Cortocircuitar E2 manteniendo E1 en 20 voltios, luego medir la corriente en

cada resistencia, anotando el sentido en el cual circula. Resistencia Corriente exp Corriente teor Sentido de I

R1 = 25

R2 = 20

R3 = 35






CASO B: Haciendo actuar solo la fuente E2 3. Cortocircuitar E1, manteniendo E2 en 9 voltios, luego medir la corriente en cada

resistencia, anotando el sentido en el cual circula.

Resistencia Corriente exp Corriente teor Sentido de I

R1 = 25

R2 = 20

R3 = 35

CASO C: Haciendo actuar las dos fuentes en forma simultanea

4. Conectar ambas fuentes (E1= 20V y E2=9V).

5. Haciendo uso del amperímetro medir la corriente que circula en R1, R2 y R3

respectivamente, anotar su sentido.


R1 = 25

R2 = 20

R3 = 35

6. Repetir el procedimiento anterior para un juego diferentes de resistencias y

con la fuente E1 = 35 V. CASO A: Haciendo actuar solo la fuente E1


R1 =

R2 =

R3 =

CASO B: Haciendo actuar solo la fuente E2


R1 =

R2 =

R3 =






CASO C: Haciendo actuar las dos fuentes en forma simultánea Resistencia Corriente exp Corriente teor Sentido de I

R1 =

R2 =

R3 =

V CUESTIONARIO

1. Hacer los diagramas de los circuitos utilizados y las mediciones efectuadas en

los tres casos ( graficar los tres casos en forma independiente), indicando el

valor y el sentido de las corrientes medidas en cada rama.

2. Con los valores de las resistencias resolver teóricamente el circuito dado (para

los tres casos).

3. ¿En qué consiste el Teorema de la Superposición? Explique con detalle

4. ¿Cuál es el procedimiento para efectuar el teorema de la superposición a un

circuito eléctrico?

5. En forma tabulada dar los errores absolutos y relativos entre valores teóricos y

experimentales de las corrientes totales para cada rama del circuito (adjuntar un

ejemplo de cálculo para un punto cualquiera)

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor

numero de palabras, 05 de cada una como mínimo.

VII BIBLIOGRAFIA: Indique la bibliografía o pagina web que utilizo.

NOTA: Las observaciones y conclusiones son de carácter personal








Sesión 08: ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON

I.- OBJETIVO: Analizar y verificar en forma experimental el teorema de Thevenin y de Norton, a

partir de los datos tomados en el laboratorio. II.- MARCO TEÓRICO: Todo circuito lineal activo, que se aplica a una carga, puede ser sustituido por otro que tenga un generador de tensión V` y una resistencia equivalente, Requ. Esto ocurre cuando al aplicar una tensión idéntica sobre estos terminales, obtenemos una corriente idéntica a través de ellos. La simplificación de circuitos en paralelo y serie, con resistencias equivalentes son ejemplos sencillos de este concepto. Los teoremas de Thévenin y Norton pueden ser considerados generalizaciones de estos conceptos, ellos demostraron que cualquier circuito lineal tiene un circuito equivalente, compuesto de una resistencia equivalente y una fuente independiente; como se muestra en la siguiente figura:

El circuito lineal como el mostrado en la figura anterior puede tener cualquier número de resistencias y fuentes, no importa si son dependientes o independientes, lo importante es que si a cualquiera de los tres circuitos se le conecta la misma carga (resistencia de carga o un circuito cualquiera), tanto el voltaje entre sus terminales como la corriente que circule por estos deben ser idénticos. El problema radica en encontrar los valores apropiados de Vth, Rth, IN y RN , para poder resolver este problema se utilizan los dos circuitos equivalentes mostrados en la figura anterior, y se le aplica a cada uno de ellos una resistencia infinita entre terminales o un circuito abierto que es lo mismo.






La fuente de tensión en el circuito equivalente Thevenin tiene el valor de voltaje de la tensión de circuito abierto. Ahora colocamos en los circuitos equivalentes una resistencia de valor cero, o un corto circuito

En el circuito (a) se tiene que:

donde Isc es la llamada corriente de corto circuito(short circuit), en el circuito (b) se observa que toda la corriente suministrada por la fuente se va por el corto circuito, entonces:

De lo cual se puede decir que: la resistencia en serie del circuito equivalente Thevenin es idéntica a la resistencia en paralelo del circuito Norton. Para poder hallar el valor de la resistencia equivalente se pueden seguir los siguientes pasos:

1. Igualar a cero todas las fuentes independientes internas de la red sustituyéndolas por corto circuitos o circuitos abiertos según corresponda.

2. Determinar la resistencia equivalente vista desde los terminales, para ello utilizamos métodos de reducción de circuitos sencillos.

Se concluye que el valor de la fuente de tensión en el circuito equivalente de Thévenin tiene la tensión de circuito abierto y la fuente de corriente en el circuito equivalente de Norton tiene la corriente de corto circuito






III.- ELEMENTOS A UTILIZAR: 3 Resistencias de diferentes valores: R1=25, R2=20, R3=15. 1 Resistencia de carga “RL” = 10. 1 variac monofasico 220 V 1 rectificador de onda completa 1 Amperímetro , 0-5 Amp. C.C. 2 Multímetros Conductores de conexión.

IV.- ACTIVIDADES:

Encontrar el circuito equivalente de Thevenin y Norton entre los puntos C y D del circuito 1.

a) Armar el circuito del figura adjunta, con los valores de resistencia ya establecidos. (R1 = 25 , R2 = 20 , R3 = 15 , RL = 10 y V= 40V)

Circuito 1

b) Regular el autotransformador hasta obtener en el voltímetro “v” una tensión de

hasta Vab = 40 volt, . c) Medir la intensidad de corriente “IL” en la resistencia RL (resistencia de carga). d) Hallando Vth: Retirar la resistencia RL de los bornes c-d y medir la caída de

tensión en esos puntos c-d, esto manteniendo constante la tensión en Vab = 40 volt.

e) Hallando Rth: Desenergizar el circuito y cortocircuitar la fuente y medir la Resistencia entre los puntos c –d, sin la resistencia de carga conectada.

f) Repetir el procedimiento para 03 juegos de valores de resistencias diferentes.

Nº V A (IL) VTH experim RTH experim VTH Teórico RTH Teórico

1

2

3

4

f) Armar el circuito equivalente de Thevenin con los valores de tensión y resistencia de Thevenin encontradas experimentalmente en el paso anterior, y comprobar la Corriente IL de la carga.






Circuito 2

Nº A (IL) VTH exp RTH exp

1

2

3

4

V.- CUESTIONARIO:

1.- Explicar el procedimiento para aplicar el teorema de Thevenin en un circuito eléctrico.

2.- A partir de los valores experimentales del circuito de Thevenin hallar el circuito equivalente de Norton (IN y RN) para cada una de las mediciones.

3.- Hacer un diagrama del circuito utilizado y el circuito Thevenin equivalente visto desde los bornes c-d, indicando: El valor de “IL” obtenido en el circuito original. El valor de “Eth” del circuito de Thevenin y del circuito que se

obtiene este valor por medición directa en el voltímetro. El valor de Rth del circuito.

4.- Efectuar un listado de utilidades prácticas que se le puede dar al teorema de Thevenin y al de Norton

5.- Confeccionar una tabla en la cual se muestren los errores absolutos, relativos y porcentuales de los valores teóricos y experimentales. Que causas estima usted determinan discrepancias entre los valores teóricos y experimentales.?....Explique.

6. ¿Cómo se determina el valor de la resistencia de Thevenin? 7. ¿Cómo se determina el valor de la fuente de Thevenin? 8. Explicar el procedimiento para aplicar el teorema de Norton en un circuito

eléctrico. VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor numero de palabras, 05 de cada una como mínimo.

VII BIBLIOGRAFIA: Indique la bibliografía o pagina web que utilizo. NOTA: Las observaciones y

conclusiones son de carácter personal








SESION 09: TEOREMA DE MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA

I. OBJETIVO

Comprobar mediante el análisis y práctica, el Teorema de Máxima Transferencia de Potencia que se da a través de una resistencia de carga con valor

conectada a un circuito emisor de dicha potencia. II. MARCO TEORICO Potencia es la velocidad a la que se consume la energía, y se mide en Joule por segundo (J/s). Un J/s equivale a 1 watt (W), por lo tanto, cuando se consume 1 Joule de potencia en un segundo, se gasta o consume 1 Watt de energía eléctrica. La forma más usual de calcular la potencia que consume una resistencia en un circuito, es multiplicando el valor el voltaje aplicado por el valor de la corriente que circula a través de ella.

Aplicando Ley de Ohm a esta ecuación se obtienen otras fórmulas para calcular la potencia en un resistor.

Ó Muchas aplicaciones de circuitos requieren que la máxima potencia disponible de una red o fuente se transfiera a una carga en particular . La solución consiste en determinar el valor de la resistencia que hace posible que la transferencia de potencia sea máxima. Se identifica de un lado de una red que contenga fuentes dependientes o independientes un par de terminales a y b, a las cuales se le conecta la resistencia del lado contrario. El Teorema de Máxima Transferencia de Potencia establece que la potencia máxima entregada por una red se alcanza cuando la resistencia de carga es igual a la resistencia Thévenin o igual a la resistencia de Norton de la red que contenga las fuentes dependientes o independientes.

Por lo cual es necesario obtener el circuito equivalente de Thévenin o de Norton del circuito que hará la máxima transferencia de potencia.






Para obtener los equivalentes de Norton y Thévenin, el circuito se puede analizar por el análisis de mallas, análisis de nodos, transformación de fuentes, etc. Estos teoremas de circuitos eléctricos son aquellas técnicas derivadas de las leyes de Kirchhoff y la ley de Ohm que permiten resolver de una manera más simple cierto tipo de circuitos. Algunos con aplicaciones más particulares que otros, facilitan el estudio de los circuitos eléctricos. III. ELEMENTOS A UTILIZAR

- 03 Multímetros digitales - 03 reóstatos de 44 ohmios - 01 batería de 12 V = E2 - 01 puente de diodos - 1 autotransformador variable, Conductores de conexión varios

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Proceda a armar el circuito adjunto, Regular el autotransformador hasta

obtener una tensión en E = 20 voltios. (R1=25, R2=40, R3= 18)

Circuito 1

2. Hallar el Vth y la Rth, del circuito anterior..






Circuito 2

Nº ETH exp ETH teo RTH exp RTH teo

1

Tabla 1 Con el equivalente de Thévenin podemos calcular la corriente y el voltaje, para cualquier valor de la resistencia de carga . Aplicamos el divisor de voltajes para calcular el voltaje

Con Ley de Ohm, calculamos la corriente

La potencia es el producto del voltaje por la la corriente que circulan por el resistor de carga .

3. En la siguiente tabla anotar los valores de IRL, VRL Y PRL, al hacer variar la

resistencia de carga con los valores desde 5 ohmios hasta 180 ohmios, uno de los valores de será el RTH exp .hallado en el paso anterior

Tabla 2

N º

Resistencia de Carga

Corriente

Voltaje

Potencia

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

V CUESTIONARIO 1. ¿Para qué valor de RL se obtuvo la máxima potencia?. 2. Haga una gráfica de la potencia en la carga (PRL) contra (RL). 3. ¿En qué consiste el Teorema de la Máxima potencia de transferencia? Explique con detalle y demuestre la formula.






4. ¿Cuál es el procedimiento para efectuar el teorema de la Máxima potencia de transferencia a un circuito eléctrico? 5. En forma tabulada dar los errores absolutos y relativos entre valores teóricos y experimentales de las potencias en RL (adjuntar un ejemplo de cálculo)

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor

número de palabras, 05 de cada una como mínimo.

VII BIBLIOGRAFIA: Indique la bibliografía o pagina web que utilizo.

NOTA: Las observaciones y conclusiones son de carácter personal




lab.de ace 1. segunda parte

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