laboratorio circuitos eléctricos i fime

8/20/2019 Laboratorio Circuitos Eléctricos I FIME

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LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

NOMBRE:

MATRICULA: BRIGADA:

1

PRÁCTICA #1: CONEXIONES SERIE Y PARALELO DE RESISTENCIAS

OBJETIVO: Calcular el valor de una sola resistencia que equivale a varias resistencias conectadas en seriey en paralelo.

Resistencia serie: cuando un grupo de resistencias se conecta en serie, la resistencia total o equivalente

es igual a la suma de los valores de cada una de las resistencias; esta se representa mediante la siguienteecuación

= + + 3 + ⋯ + Resistencia paralelo: cuando dos o más resistencias se conectan en paralelo entre dos terminales A y B,la resistencia total o equivalente es siempre menor que la resistencia de valor más bajo; esta se

representa mediante las siguientes ecuaciones

Casos

2 resistencias diferentes

RT = RRR + R

3 o más resistencias RT = 1 + +

Resistencias iguales RT = RΩN PROCEDIMIENTO: Arme los circuitos en el tablero de conexiones y realizar las medicionescorrespondientes de resistencias

CONEXIÓN SERIE Medir:

=______________

=______________3=______________4=______________=______________− = = _____________Colocar un puente en terminales A-B y comprobar que la − = 0

CONEXIÓN PARALELO ≠ = Medir:=______________=______________− = ___________

Medir:=______________=______________− = ___________


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≠ ≠ 3 Medir:=______________=______________3=______________

− = __________REPORTE:Comprobar en cada una de las conexiones de manera teórica las fórmulas.

SERIESustitución Resultado

RT = R + R + R3 + R4 + R =

PARALELO Sustitución Resultado

RT = RRR + R =

RT = RΩN =

RT = 1 + +

=


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PRACTICA #2: LEY DE OHMOBJETIVO: Aprender y aplicar la ley de ohm y sus diversas formas además de familiarizarse con losvoltímetros y amperímetros de cd.

La ley de ohm dice que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico esdirectamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la

resistencia del mismo. La ecuación que define a ésta ley es:

=

PROCEDIMIENTO: Arme el circuito en el tablero y haga las mediciones que se piden.

Ω V I

R R R3 R4

R

REPORTE:

Realiza la comprobación de cada una de las resistencias aplicando la ley de ohm ( = )R = VI = _______________ = ____________________ R = VI = _______________ = ____________________ R3 = V33 = _______________ = ____________________

R4 = V44 = _______________ = ____________________

R = V = ________________ = ____________________


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PRACTICA #3: POTENCIA ELECTRICA

OBJETIVO: Determinar la potencia disipada en los diferentes circuitos de CD.La potencia es la velocidad con que se hace un trabajo, y en electricidad, es la combinación de voltaje(presión) y corriente (es decir, el movimiento de electrones)

La ecuación para calcular la potencia es:

= ∙

PROCEDIMIENTO: Arme el circuito en el tablero y registre las mediciones que se piden.

Ω

REPORTE:Teóricamente determine la potencia consumida en cada una de las resistencias ( ), así como la potenciaentregada por la fuente de voltaje ( ) y comparar ambas potencias.PE = VT ∙ IT = _____________________________= _____________________________P = P + P + P3 + P4 = ___________________________= ________________


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PRÁCTICA #4: LEYES DE KIRCHHOFF

OBJETIVO: Familiarizarnos con las mediciones de voltaje, corriente y resistencia así como comprobar prácticamente las leyes de Kirchhoff

LEYES DE KIRCHHOFF1° Ley de corrientes (LCK): establece que la suma algebraica de las corrientes en cualquier nodo de un

circuito eléctrico es igual a cero C = 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) Arme en el tablero de conexiones el siguiente circuito

2) Medir el valor de las resistencias (Ω), la caída de tensión en cada

resistencia, el valor de la corriente en cada resistencia y la corriente de

la fuente. Anote las mediciones en la tabla

RESISTENCIA Ω R R R3 R4 R FUENTE

3) Comprobar:

PE = P PE = VFUETE ∙ IFUETE Pc = P + P + P3 + P4 + P

REPORTE:1. Identificar los nodos del circuito y determinar la ecuación de la ley de corrientes de Kirchhoff = 0 , sustituir los valores medidos y comprobar que la suma de las corrientes que entran a un nodo

es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo nodo.

2. Identificar los lazos del circuito y determinar la ecuación de la ley de voltajes de Kirchhoff = 0 ), sustituir los valores medidos de voltaje y comprobar que la suma de elevación de voltajes es igual a las

caídas de voltaje.


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PRÁCTICA # 5: MÉTODO DE ANÁLISIS DE MALLASOBJETIVO.-Es comprobar prácticamente el análisis de mallas como un método de solución de circuitos y surelación 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).Malla es una trayectoria cerrada simple.

Metodología:

1.

Identificar el número de mallas y enumerarlas.2. Asignar el sentido de las corrientes a favor o en contra de las manecillas del reloj.

3. Determinar las ecuaciones de las mallas por la ley de Ohm I R = V(aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff)

4. Solucionar dichas ecuaciones (simultáneas, determinantes o matrices).

PROCEDIMIENTO:1. Medir las resistencias y anotar los valores en la tabla.

2. Armar en el tablero de nodos el circuito de la siguiente 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. = = = 4. Medir las corrientes en la dirección indicada en cada rama 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 las ecuaciones anteriores los valores de las corrientes de malla medidas en el paso 4 y anotar

los resultados en la tabla.

7. Comparar los resultados de las corrientes de rama medidas en el paso 4 con los cálculos obtenidos en el

paso 6 y comentar.

Rama Ω VCorriente

Ecuación de la corriente de

rama con respecto a la de mallaPotencia

Medida Calculada

R R R3 R4 R

Fuente

(25 V)8. Medir el voltaje en cada rama y anotar los valores en la tabla.

9. Comparar la potencia consumida por las resistencias ( ) con la potencia entregada por la fuente ( )y anotar las observaciones.

= ________________________________________ = _________________________________ REPORTE:

Determinar las ecuaciones de malla para el circuito y solucionar las ecuaciones encontrando los valores

de , e 3 de cada malla. Comparar los valores calculados con los valores medidos en el paso 8. Anote las observaciones y comentar.


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PRÁCTICA #6: MÉTODO DE ANÁLISIS DE NODOSOBJETIVO.- Es comprobar prácticamente el análisis de nodos como un método de solución de circuitos yla relación que existe con la Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK).

Este método se utiliza más prácticamente que el método de corriente de malla, 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 ( = 0 ) colocando el símbolo de tierra( ).

3. Determinar las ecuaciones de nodo ( = ) y resolverlas.PROCEDIMIENTO:1. En el tablero de nodos arme el siguiente circuito.

2. Tomar como nodo de referencia el nodo “d” ( = 0 ), medir losvoltajes en los nodos restantes ( , , ) y anotarlos.

= = = 3. Medir las resistencias y anotar los voltajes en la tabla.4.

Mida los voltajes en cada rama, anótelos en la tabla y compare los valores con los calculados en el

paso 3.

5.

Mida las corrientes en cada rama y anote los valores en la tabla.

Rama Ω Ec. De V. de RamaV

A PMedido Calculado

Fuente

6.

Calcular la potencia en cada resistencia, en la fuente de voltaje y comprobar que la potencia entregada por la

fuente ( ) es igual a la potencia consumida por las resistencias ( ). = ________________________________________ = ________________________________________

REPORTE:

Elaborar las ecuaciones de voltajes de nodo para el circuito, solucionarlas encontrando los

valores de , , . Comparar los valores obtenidos con los valores medidos en el paso 2.


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PRACTICA # 7: TEOREMA DE THEVENINOBJETIVO.-Reducir entre un par de terminales, un circuito que esté compuesto por varios elementoslineales y energizado con una o más fuentes de voltaje, corriente o combinadas; por un circuito más simple,

constando este únicamente de una fuente de voltaje en serie con un elemento lineal pasivo ( resistencia ).

En su teoría este teorema nos dice: En 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 pasivo ( resistencia ).

CIRCUITO ORIGINAL CIRCUITO EQUIVALENTE THEVENIN

La fuente de voltaje del circuito Thevenin ( ) es el voltaje que tiene el circuito original entre las terminales A y B( ) y el elemento lineal pasivo. ( ) es la resistencia equivalente entre las terminales A y B del circuito original( ) apagando las fuentes existentes en el circuito.Nota:Las fuentes de voltaje se apagan con un cortocircuito (0 V) y las fuentes de corriente con un circuito abierto(0 A).Para el desarrollo de esta práctica los pasos a seguir son los siguientes:1.

Medir los valores de las resistencias a utilizar: = ________________________________________ 4 = ________________________________________ = ________________________________________

= ________________________________________

3 = ________________________________________ 6 = ________________________________________ 2. Armar en el tablero de nodos el siguiente circuito:

Circuito 1. Equivalente de Thevenin3.

Colocar entre las terminales A y B del circuito 1 una carga ( = __________________ ) y medir la corriente y el voltaje .Esto es con el fin, de revisar el efecto que el circuito original produce sobre una carga conectada entre las

terminales A y B. = ________________________________________ = ________________________________________


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4. Desconecte la carga. 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 (VTH). Medir este voltaje.

VA – B = VTH = __________________

5. Eliminar la fuente de 35 Volts, 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.

RAB = RTH = __________________6.-Con estos valores (VTH y RTH). En el tablero de nodos arme el circuito equivalente Thevenin. Ajustando la fuente

de voltaje al valor del VTH obtenido en el paso 4 y un potenciómetro igual al de RTH obtenido en el paso 5.

CIRCUITO EQUIVALENTE THEVENIN

7.- Conecte al circuito Thevenin entre las terminales a y b la misma carga (RL) utilizada en el paso 3 y mida y .Estos son los efectos de voltaje y corriente entregados por el circuito Thevenin sobre la carga. = ________________________________________ = ________________________________________ 8.- Compare las lecturas obtenidas en el paso 3 con las del paso 7.

= , = = =

REPORTE:Realizar cada uno de los siguientes pasos en forma analítica

1.

Eliminar la fuente de 30 Volts, sustituirla por un corto circuito y calcular el valor de la resistencia

equivalente del circuito entre las terminales A y B.

Req A – B = RTH =___________________

2.

Calcular por cualquier método de solución (mallas o nodos) el voltaje entre las terminales A y B.

V A – B = VTH = ___________________

3.

Colocar entre las terminales A – B la resistencia de carga (RL) en el circuito original y determinar los

valores de e (aplicando cualquier método de solución) = ________________________________________ = ________________________________________ 4.

Con los valores obtenidos en el paso 1 y 2 tenemos el circuito equivalente Thevenin

5. Colocar entre las terminales a y b del circuito Thevenin, la resistencia (RL) y calcular la corriente y el voltaje en laresistencia de carga

= ________________________________________ = ________________________________________


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PRÁCTICA #8: CONEXIONES SERIE DE CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNAOBJETIVO: Conocer las características eléctricas principales de un circuito serie en cuanto a voltaje ycorriente, así como determinar su impedancia compleja expresándola en sus formas polar y rectangular en

circuitos resistivos, inductivos y capacitivos.

CIRCUITO RESISTIVORecordamos que una resistencia es un elemento que se opone al paso de la corriente y al aplicarle alterna

no produce ningún desfasamiento entre el voltaje y la corriente, por lo que su impedancia tiene un ángulo

de cero grados.

PROCEDIMIENTO:1. En el tablero de nodos, armar el siguiente circuito utilizando como cargas resistencias o lámparas

(focos). Energizar con 127 volt (V.C.A.) obteniendo las líneas.

CIRCUITO ELECTRICO

CIRCUITO REAL CIRCUITO ELÉCTRICO 2.

Medir con el voltímetro o amperímetro de alterna según corresponda lo siguiente:CIRCUITO REAL = = = =

3.

Calcular las impedancias del circuito serie armado en el paso 1 y con los datos medidos en el paso 2, aplicando la

ley de ohm. POLAR RECTANGULAR

= ∠0° = = = ∠0° = = = ∠0° = = = + = =

4. Aplicando la Ley de los Voltajes de Kirchhoff (LVK) comprobar que (suma vectorial):

= + = = 5. Al trazar el diagrama vectorial de voltajes, como se trata de un circuito serie se toma comoreferencia la corriente total, debido a que es la misma corriente en todo circuito


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DIAGRAMA VECTORIAL DE VOLTAJES

CIRCUITO INDUCTIVORecordemos que una inductancia o bobina es un elemento que se opone a las variaciones de corriente y al

aplicarle corriente alterna hace que el voltaje se adelante a la corriente 90° , por lo que su impedancia,tomándola como elemento puro, tendrá este mismo ángulo.

POLAR RECTANGULAR

= ∠90° = 0 + = + Donde: Resistencia interna de la bobina Reactancia inductivaUna bobina es un alambre conductor enrollado sobre un núcleo (hierro, aire, etc.), debido a que tiene cierta

resistencia interna y una determinada inductancia.

Nota: Una inductancia o bobina se considera pura cuando se resistencia interna se desprecia, por estarazón su impedancia real es:

PROCEDIMIENTO:

1.

En el tablero de nodos arme el siguiente circuito utilizando como cargas una resistencia o lámpara yun motor de inducción o una bobina. Energícelo con 127 volts (CA), este valor es el .

CIRCUITO REAL CIRCUITO ELÉCTRICO2. Medir con el voltímetro o amperímetro de alterna según corresponda lo siguiente: = = = = 3. Calcular la impedancia de las cargas utilizadas en el circuito serie armado en el paso 1 con los datos

medidos en el paso 2, así como el valor de la impedancia total del circuito.

Al aplicar la ley de Ohm tenemos:

= ∠0° = ∠° = ∠° = ∠0° = +0 = ∠ = + = ∠ = + = + =


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Para conocer los ángulos de la impedancia del motor ( ) y de la impedancia total ( ) es necesario trazarel diagrama vectorial de voltajes, como es un circuito serie tomamos como referencia la corriente total,

( ) ya que es la misma para todo el circuito, aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff (LVK) tenemos: = + Diagrama vectorial de voltajes

Voltaje del foco (en fase con ) + voltaje del motor (adelantado de la ) = voltaje total (adelantado de ).Con el diagrama vectorial utilizando la ley de Cosenos calculamos el ángulo y por ley de Senos calculamosel ángulo

.

Ley de Cosenos = + 2 ∙ ∙ = − 2 ∙ =

Por lo tanto = 180 = 180 = Ley de los Senos

= = − ( ) =


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CIRCUITO CAPACITIVORecordemos que un circuito capacitor es un elemento que se opone a las variaciones de voltaje y al aplicarle

una tensión de corriente alterna hace que la corriente se adelante al voltaje 90 grados.

Un capacitor físicamente está compuesto de dos placas metálicas paralelas separadas por un material

dieléctrico por lo que su impedancia en terminales será infinita siempre y cuando la frecuencia de la señal

que se le aplique sea cero (corriente directa), como en este laboratorio trabajaremos con una frecuencia

de 60Hz (corriente alterna), la impedancia del capacitor tendrá un valor que debe tomarse en cuenta, yque dependerá del valor del capacitor.

En las prácticas de los sistemas de potencia eléctrica un capacitor real se aproxima mucho a un puro,

debido a que su resistencia interna es casi despreciable, porque durante su carga y descarga la corriente

circula por el camino externo al capacitor y no atraves de él. Por esa razón su impedancia real es:

POLAR RECTANGULAR

= 1 ∠90° = 0

Donde:

= 1

Reactancia capacitiva

PROCEDIMIENTO:1. En el tablero de nodos arme el siguiente circuito utilizando como cargas una resistencia o lámpara

(foco) y un capacitor, energícelo con 127 volts (VCA) y este será .

CIRCUITO REAL CIRCUITO ELÉCTRICO2. Medir con el voltímetro o amperímetro de alterna según corresponda lo siguiente: = = = = 4. Calcular la impedancia de las cargas utilizadas en el circuito serie armado en el paso 1 con los datos

medidos en el paso 2, así como el valor de la impedancia total del circuito.

Al aplicar la ley de Ohm tenemos: = ∠0° = ∠° =

∠° = ∠0° = +0 = ∠ = + = ∠ = + = + =


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Para encontrar el ángulo de la impedancia total, es necesario trazar el diagrama vectorial de voltajes.Utilizando las leyes de los voltajes de Kirchhoff (LVK) y debido que se trata de un circuito serie tomemos

como referencia la corriente total ( ). = + Diagrama vectorial de voltajes

= = =

Voltaje del foco (en fase con ) + voltaje del capacitor (90 grados atrás de ) = voltaje total (atrasado de ).Valores de las impedancias en sus dos formas:

POLAR RECTANGULAR = ∠0° = +0 = ∠ = + = ∠ = + 2. Comprobar que la impedancia total es igual a la suma de la del foco y la del capacitor = + = 3. Registrar sus observaciones


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PRÁCTICA #9: CONEXIONES PARALELO DE CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA

OBJETIVO: Conocer las características eléctricas principales de un circuito paralelo en cuanto a voltaje ycorriente, así como determinar su impedancia compleja expresándola en sus formas polar y rectangular

en circuitos resistivos, inductivos y capacitivos.

CIRCUITO RESISTIVOPROCEDIMIENTO1. Armar en el tablero de nodos el siguiente circuito utilizando como cargas resistencias o lámparas y

energizar con 127 volts (VCA)

CIRCUITO ELECTRICO

CIRCUITO REAL CIRCUITO ELÉCTRICO 2. Medir con el voltímetro o amperímetro de alterna según corresponda lo siguiente: = = = = 3. Calcular las impedancias del circuito paralelo armado en el paso 1 y con los datos medidos en el paso

2. Aplicando la ley de Ohm:

POLAR RECTANGULAR

=

∠0° = = = ∠0° = = = ∠0° = =

4. Al aplicar la ley de corrientes de Kirchoff (LCK), comprobar que (suma vectorial) = + = = 5. Para trazar el diagrama vectorial de corrientes se toma como referencia el voltaje total, ya que el

circuito esta en paralelo y los voltajes son los mismos.

DIAGRAMA VECTORIAL DE CORRIENTES


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6. Como se conocen todos los ángulos de las impedancias procedamos a expresar estas en sus formas polar

y rectangular: = ∠0° = +0 = ∠0° = +0 = ∠0° = +0

= ∙ + = CIRCUITO INDUCTIVO

1. Armar en el tablero de nodos el siguiente circuito (circuito paralelo).

CIRCUITO ELECTRICO

CIRCUITO REAL CIRCUITO ELÉCTRICO 2. Medir con el voltímetro o amperímetro de alterna según corresponda lo siguiente: = = = = 3. Calcular los valors de las impedancias de las cargas utilizadas en el circuito en paralelo del paso 1 con

los datos medidos en el paso 2, así como el valor de la impedancia total.

Al aplicar la lay de Ohm se tiene:

= ∠0° = ∠° =

∠° = ∠0° = +0 = ∠ = + = ∠ = +

Para conocer los ángulos de la impedancia del motor ( ) y de la impedancia total ( ) es necesario trazarel diagrama vectorial de corrientes. Debido que se trata de un circuito paralelo se toma como referencia el

voltaje total, ( ) ya que es la misma para todo el circuito, aplicando la ley de corrientes de Kirchhoff (LCK)tenemos: = +


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Diagrama vectorial de corrientes

La corriente del foco (se encuentra en fase con ) + la corriente del motor (se encuentra atrasada grados del ) = la corriente total (atrasada de ).Con el diagrama vectorial y utilizando la ley de cosenos calculamos el ángulo y por la ley de senos elángulo .Ley de Cosenos = + 2 ∙ ∙

= −

2 ∙ = Por lo tanto = 180 β = Ley de los Senos

=

= − ( ) =

4.

Comprobar que la impedancia total obtenida del diagrama vectorial es igual a la obtnenida por la formúla en paralelo.

= ∙ + 5. Anotar las observaciones


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CIRCUITO CAPACITIVO1. Armar en el tablero de nodos el siguiente circuito agregándole al circuito anterior un condensador en

paralelo.

CIRCUITO ELECTRICO

CIRCUITO REAL CIRCUITO ELÉCTRICO 2. Medir con el voltímetro o amperímetro de alterna según corresponda lo siguiente: = =

=

= 3. Calcular el ángulo de la impedancia total, como ya se conoce el ángulo calculado en el paso 2

(ángulo de desfasamiento de la rama A), trazaremos el diagrama fasorial de corrientes utilizando la ley

de las corrientes de Kirchhoff (LCK) tomando como referencia el voltaje total, por tratarse de un circuito

paralelo.

Diagrama vectorial de corrientes

La corriente de la rama A (adelante de ) + corriente de la rama B (adelante 90 grados de ) = Corriente total (adelantada de )Para encontrar el ángulo es necesario primero conocer el ángulo y este lo obtenemos utilizando la leyde cosenos. = + 2 ∙ ∙

= − 2 ∙ =

Por lo tanto:


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= + β = β Es el ángulo de desfasamiento entre el voltaje total ( ) y la corriente total ( )4. Escribir los valores de las impedancias en sus dos formas:

=

∠0°

=

+0

= ∠ = + = ∠ = + = = + 5. Comprobar que la impedancia total ( ) es igual a la obtenida por la fórmula de paralelo:

= ∙ + 6. Anotar las observaciones.

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