• Author / Uploaded
• JoséLuisParedesBaca

Citation preview

1

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

LABORATORIO Nº2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CURSO

: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I

CÓDIGO DE CURSO

: LB323

PROFESOR

: ING. VELARDE ZEVALLOS ALVARO HUMBERTO

GRUPO HORARIO

: 90 G

TEMA

: CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

CICLO

: 2015-A

INTEGRANTES: MENDOZA ARÉVALO CARLOS HERIBERTO LUCAS TORRES DIEGO ALONSO ROSALES ROJAS CRISTIAN PAREDES BACA JOSÉ LUIS GAMBOA ARÉVALO WALDY HUAMÁN GONZÁLES JOSUÉ ELÍAS MANZA CHÁVEZ HERBER EGUSQUIZA CARLOS

201 5 CIRCUITOS EN SERIE Y EN PARALELO CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1

2

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

OBJETIVOS      

Conocer físicamente lo que es un circuito. Saber los ordenamientos en serie y paralelo de los dispositivos electrónicos, especialmente de las resistencias, que dan lugar a fórmulas de equivalencia para cálculos. Conocer las diferencias y características entre el orden serie y el orden paralelo para circuitos. Reconocer los valores de medición de cada instrumento para cada ordenamiento. Adiestrarnos en el uso y manejo de equipos. Con el uso de instrumentos de medición se tomó las medidas de las magnitudes correspondientes en distintos lugares del circuito para luego compararlas con el valor teórico del circuito. El objetivo es llevar a la práctica la teoría aprendida e interpretar el error que existe entre los datos teóricos y experimentales.

INSTRUMENTOS      

Fuente de alimentación Reóstatos Voltímetro Amperímetro Wattímetro Cables cocodrilo

DATOS DEL CIRCUITO El experimento se realizó usando reóstatos de ohmiaje bajos (de orden de 10 a la 0).   

El circuito consistía en resistencias colocadas en serie y en paralelo. Solo constaba de una sola malla. Se usó una fuente de voltaje variable.

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO Después de hacer un bosquejo de cómo quedaría el circuito en la mesa de laboratorio, se prosiguió a conectar el mismo junto con los instrumentos de medición para tomar los datos correspondientes.

TOMA DE DATOS EXPERIMENTALES CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

2

3

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

V

Amperi os 15 0.11 20 0.15 25 0.19

Wat t 1.6 5 3

Fac t. 1

N

V1

2

ax b 2

1

3. 5 5

3. 5 5

1.9

4.7 5

1

6.6

11. 4

R V2 1 60 1. 1 60 1. 5 60 1. 9

R V3 2 10 4. 4 10 6

R V4 3 40 2. 2 40 3

R4

10 7. 6

40 3. 8

20

20 20

Cuadro Nº1 Datos experimentales

DISEÑO DE EXPERIMENTOS

Fig.1-1 Diseño del circuito 1

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

3

4

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Fig.1-2 Diseño del circuito 2

DESCRIPCIÓN DE INSTRUMENTOS REOSTATO El reóstato es una de las dos funciones eléctricas del dispositivo denominado resistencia variable, resistor variable o ajustable. La función reóstato consiste en la regulación de la intensidad de corriente a través de la carga, de forma que se controla la cantidad de energía que fluye hacia la misma; se puede realizar de dos maneras equivalentes: La primera conectando el cursor de la resistencia variable a la carga con uno de los extremos al terminal de la fuente; la segunda, conectando el cursor a uno de los extremos de la resistencia variable y a la carga y el otro a un borne de la fuente de energía eléctrica, es decir, en una topología, con la carga, de circuito conexión serie. Los reóstatos son usados en tecnología eléctrica (electrotecnia), en tareas tales como el arranque de motores o cualquier aplicación que requiera variación de resistencia para el control de la intensidad de corriente eléctrica. Símbolo circuital del reóstato

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

4

5

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Fig.2. Símbolo circuital del reóstato Partes de un reóstato

Fig.3 Partes reóstato

de un

Tipos Clasificación recorrido:

Rotatorio Angulo entre 0 270º

por

Deslizante

y

Multivuelta

su

Deslizante tornillo

con

Longitud entre 0 Angulo entre 0 y Nº de vueltas de un y 2 a 10 cm Nx360º tornillo

Cuadro Nº2 Tipos de resistores Clasificación por su construcción 

De pista resistiva continua



De carbón 

De película metálica CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

5

6

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO



Bobinados



Multivuelta 

Lineales

Fig.4 Clasificación de los reóstatos según su estructura

Resolución Es la medida de la sensibilidad a la que se puede fijar un cierto valor de la resistencia entre el cursor y un terminal. Este parámetro es característico de los resistores bobinados y suele coincidir con el cociente entre la resistencia de una de las espiras y la resistencia total.

Fig.5 Resolución del reóstato

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

6

7

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Alcance (recorrido) Depende de la forma en que fue construido el reóstato. A continuación algunas relaciones entre las escalas y los voltajes:  Si utilizamos el rango de 25 volts, la escala será 0-25 y el valor de cada división será de 0.5 volts  Si utilizamos el rango de 50 volts la escala será 0-50 y el valor de cada división será de 1 volt  Si utilizamos el rango de 250 volts la escala será 0-250 y el valor de cada división será de 5 volt  Si utilizamos el rango de 500 volts la escala será 0-500 y el valor de cada división será de 10 volt

FUENTE DE ALIMENTACIÓN REGULABLE La fuente de alimentación o fuente de poder es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etcétera). 1. Clasificación Las fuentes de alimentación para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de alimentación lineales y conmutadas. 1.1.

Fuentes de alimentación lineales

Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión, Este transistor que dependiendo de la tipología de la fuente está siempre polarizado, actúa como resistencia regulable mientras el circuito de control juega con la región activa del transistor para simular mayor o menor resistencia y por consecuencia regulando el voltaje de salida. CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

7

8

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

1.2.

Fuentes de alimentación conmutadas

Las fuentes conmutadas tienen por esquema: conmutador, transformador, otro rectificador y salida.

rectificador,

La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (pulse Width modulation) que cambia el ciclo de trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas que para fuentes lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador convierte la señal alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC. Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores características EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor coste y tamaño. 2. Clase del instrumento (precisión) La precisión define la clase del instrumento y está indicada en error relativo absoluto (porcentual absoluto), referido al valor máximo de la escala y especificado para cada rango o escala. El error absoluto máximo de una medida en esa escala se halla aplicando el error relativo al valor del fondo de escala. Para una fuente en la escala de rango 0-25 V el fabricante asegura una Precisión porcentual absoluta del 8%. 3. Sensibilidad La sensibilidad es la mínima cantidad que podemos apreciar con él; mientras menor es esta cantidad, diremos que el instrumento es "más sensible". Para una fuente la sensibilidad es 1 voltio. 4. Resistencia interna Las fuentes de tensión sean estas baterías, generadores, etc., no son ideales (perfectas). Una fuente de tensión real está compuesta de una fuente de tensión ideal en serie con una resistencia llamada resistencia interna. Esta resistencia, no existe en la realidad de manera de que nosotros la podamos ver. Es una resistencia deducida por el comportamiento de las fuentes de tensión reales. Para una fuente sacando los cálculos debidos la resistencia interna debería de ser de 0.75 ohmios. 5. Alcances Es el rango en el cual, tu instrumento puede darte mediciones confiables y precisas, es decir, la distancia entre el instrumento y el punto máximo en que se logran mediciones confiables y precisas.

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

8

9

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Para una fuente el alcance es de 0 voltios a 30 voltios dependiendo del tipo de fuente. 6. Errores o curva de errores El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas. Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinísticos o sistemáticos y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Los que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios y están relacionados con la precisión del instrumento. Para una fuente pudieran existir varios tipos de errores como que el isntrumento de medida este mal o que el operador lo manipule mal, etc. 7. Escalas La escala de un instrumento en general te indica el grado de incertidumbre que se tiene sobre la medición del equipo. Para la fuente la escala es 1 voltio. 8. Decibeles La intensidad de los sonidos se mide a través de un aparato llamado decibelímetro y a través de una unidad de medida llamada decibel y se considera que el nivel óptimo para el oído humano oscila entre 15 y 30 decibeles y cuando estos rebasan los 60 decibeles se inician los daños en la salud. Para la fuente los decibeles que emite son de entre 25 a 40 dependiendo de la antigüedad de la fuente y en movimiento de las agujas del voltímetro interno.

VOLTÍMETRO Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. 9.

Clasificación

Podemos clasificar los voltímetros por su funcionamiento mecánico, siendo en todos los casos el mismo instrumento: 9.1. Voltímetros electromecánicos Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. 9.2.

Voltímetros electrónicos

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

9

10

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Estos voltímetros, añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada y mayor sensibilidad. 9.3. Voltímetros vectoriales Estos voltímetros, se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase. 9.4. Voltímetros digitales Estos voltímetros, dan una indicación numérica de la tensión. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz, autorrango y otras. El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica LCD.

Fig.6 Voltímetro analógico

10.

Clase del instrumento (precisión)

Los voltímetros analógicos generales pueden tener una precisión de un pequeño porcentaje de la escala completa, y se utilizan con tensiones de una fracción de voltios hasta varios miles de voltios. Los voltímetros digitales se pueden hacer con gran precisión, normalmente mejor que 1%. Instrumentos de prueba especialmente calibrados tienen mayores precisiones, con instrumentos de laboratorio capaces de medir con una precisión de unas pocas partes por millón. 11.

Sensibilidad

La sensibilidad puede ser expresada como "ohmios por voltio", el número de ohmios de resistencia en el circuito dividida por el valor de medición máximo de la escala. Por ejemplo, con una sensibilidad de 1000 ohmios por voltio atraería 1 miliamperios a voltaje máximo de la escala, si la escala total fue de 200 voltios, la resistencia a los

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 0

11

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

terminales del instrumento serían 200.000 ohms y en gran escala el medidor atraería 1 miliamperios del circuito bajo prueba.

12.

Resistencia interna

Los voltímetros digitales tienen necesariamente amplificadores de entrada y, como voltímetros de tubos de vacío, por lo general tienen una resistencia de entrada constante de 10 megaohmios independientemente del rango de medición establecido. Un voltímetro, conectado a una resistencia R x de valor conocido, en paralelo con un voltímetro, como se muestra en la figura 2.2, es posible determinar la resistencia interna Rv del voltímetro.

7 Aplicando la ley de conservación de carga al circuito, se obtiene: IA=Ix+Iv De la ley de conservación de energía tenemos: Vab=Vcd=Vef Iv= Vab/Rv IX= Vab/RX 13.

Alcances

Los voltímetros pueden medir valores de hasta 0,1 V. Podemos llegar a medir valores de hasta 750 V pero, a partir de los 500 V aproximadamente, debemos colocar las resistencias adicionales fuera del voltímetro para que no se produzcan errores debido al calentamiento. 14.

Errores o curva de errores

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 1

12

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

El porcentaje de error del voltímetro digital tiene normalmente un fondo de escala de 1%. La lectura del voltímetro se puede alterar por factores como la temperatura y la variaciones de tensión de alimentación .para estar seguros de que el resultado obtenido se encuentra dentro de las tolerancias especificadas por el fabricante, deben ser calibrados periódicamente contra un voltaje estándar tales como Weston celular.

15. Escalas Escala lineal del voltímetro:

Fig.8 Voltímetro (escala lineal)

Escala logarítmica del voltímetro:

Fig.9 Voltímetro (escala logarítmica)

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 2

13

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

AMPERIMETRO 1) CLASE DEL INSTRUMENTO Amperímetros magnetoeléctricos Para medir la corriente que circula por un circuito se tiene que conectar el amperímetro en serie con la fuente de alimentación y con el receptor de corriente. Así, toda la corriente que circula entre esos dos puntos va a pasar antes por el amperímetro. Estos aparatos tienen una bobina móvil que está fabricada con un hilo muy fino (aproximadamente 0,05 mm de diámetro) y cuyas espiras, por donde va a pasar la corriente que se quiere medir, tienen un tamaño muy reducido. Por todo esto, se puede decir que la intensidad de corriente, que va a poder medir un amperímetro cuyo sistema de medida sea magnetoeléctrico, va a estar limitada por las características físicas de los elementos que componen dicho aparato. El valor límite de lo que se puede medir sin temor a introducir errores va a ser alrededor de los 100 miliamperios, luego la escala de medida que se va a usar no puede ser de amperios sino que debe tratarse de miliamperios. Para aumentar la escala de valores que se puede medir, se puede colocar resistencias en derivación, pudiendo llegar a medir amperios (aproximadamente hasta 300 amperios). Las resistencias en derivación pueden venir conectadas directamente en el interior del aparato o se pueden conectar externamente. Amperímetros electromagnéticos Están constituidos por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran sección. La potencia que requieren estos aparatos para producir una desviación máxima es de unos 2 vatios. Para que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los extremos de la bobina haya una caída de tensión suficiente, cuyo valor va a depender del alcance que tenga el amperímetro. El rango de valores que abarca este tipo de amperímetros va desde los 0,5 A a los 300 A. Aquí no se pueden usar resistencias en derivación ya que producirían un calentamiento que conllevaría errores en la medida. Se puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo válidas las medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a 500 Hz. También se pueden agregar amperímetros de otras medidas eficientes. Amperímetros electrodinámicos Los amperímetros con sistema de medida "electrodinámico" están constituidos por dos bobinas, una fija y una móvil.

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 3

14

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Amperímetros digitales Estos amperímetros utilizan una resistencia de derivación y un convertidor analógico-digital (ADC) La precisión define la "clase del instrumento" y está indicada en error relativo absoluto (porcentual absoluto) referido al valor máximo de la escala y especificado para cada rango o escala. El error absoluto máximo de una medida en esa escala se halla aplicando el error relativo al valor del fondo de escala. Ejemplo: Para un voltímetro "clase 2" en la escala de rango 0-250 V el fabricante asegura una precisión porcentual absoluta del 2%. • Por lo tanto el Error absoluto en esa escala será=2%*250=± 5V. • En una medida de 230 V tendremos una imprecisión de ± 5V. El mismo que tendremos en una medida de 20 V en esa escala (o sea, ±5V). • Por lo tanto el error relativo (porcentual relativo) es mucho mayor en la parte baja de la escala: 5 / 20, frente a 5 / 230 en la alta. ¡Por esto debes cambiar de escala, para poder hacer las lecturas en la parte alta 2) SENSIBILIDAD

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 4

15

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Fig.10 Estructura de un amperímetro CC

La sensibilidad se indica por el número de amperios, miliamperios o microamperios que debe de fluir por la bobina para producir la desviación completa. Si un instrumento tiene una sensibilidad de 1 mA., es necesario 1 mA para producir la desviación completa. 3) RESISTENCIA INTERNA Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. 4) ALCANCE

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 5

16

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Fig.11 Amperímetro de varias escalas 5) ERRORES El amperímetro ideal sería aquel en el que se produjera una caída de tensión nula entre sus extremos. Esto equivale a decir que presentase entre sus terminales una resistencia cero (corto circuitos). En realidad siempre hay una resistencia, aunque pequeña, lo que lleva consigo la aparición de errores. 6) ESCALAS Cuando la corriente que circula por un circuito se encuentra entre 1 milésimo de amperio y 1 amperio, la unidad que se emplea es el miliamperio (mA), y el aparato que lo mide se denomina miliamperímetro. Si esa corriente se encuentra entre 1 millonésimo de amperio y 1 miliamperio, se utiliza el microamperio (µA); el aparato que lo mide se denomina microamperímetro. Habitualmente, salvo para medidas fijas, la corriente se mide con un amperímetro que agrupa todas estas escalas en un solo aparato (escala múltiple), de tal forma que no es preciso utilizar uno para cada escala de medida, sino que mediante un selector vamos cambiando a la escala de medida que deseamos abarcar.

WATTÍMETRO El wattímetro o vatímetro es el dispositivo que permite realizar la medición de los vatios que hay en una corriente de electricidad. Vatio, también conocido como watt, es la unidad de medida que equivale a un julio por segundo y que se emplea para medir la potencia. Los vatímetros están compuestos por una bobina móvil (la bobina voltimétrica) y dos bobinas fijas (las bobinas amperométricas). La bobina voltimétrica está conectada al circuito eléctrico en paralelo, mientras que las bobinas amperométricas tienen una conexión en serie. Wattímetro electrónico Se conoce como vatímetro electrónico, por otra parte, al instrumento que puede realizar un almacenamiento de energía para sustentar un campo de electricidad. Cuenta con placas conductoras separadas entre sí por el vacío o por un material de tipo dieléctrico. Al ser situadas ante una diferencia de potencial, las placas del vatímetro electrónico adquieren cargas eléctricas negativas y positivas (según la placa), aunque los cambios de la carga total resultan nulos.

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 6

17

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

1. Sensibilidad En el caso de un voltímetro, la sensibilidad se expresa de acuerdo con el número de ohmios por voltio, es decir, la resistencia del instrumento. Para que un voltímetro sea preciso, debe tomar una corriente insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta resistencia. 2. Error en el wattímetro El error de montaje aparece siempre que se utilicen varios instrumentos para realizar la medida. En el caso del vatímetro, al realizar la conexión de la figura a estamos cometiendo un error de montaje con el circuito voltimétrico del vatímetro, ya que no sólo se está midiendo la tensión en la carga, sino también la pequeña caída de tensión en el circuito amperimétrico del vatímetro. Este error se corrige realizando la conexión como indica la figura b.

3. Resistencia interna Un watimetro en corriente continua mide el producto de la tension por la corriente. En ambas magnitudes hay que tener en cuenta la polaridad de la bobinas. En los wattímetros, los extremos de la bobinas con la misma polaridad aparecen señalados con un asterisco , de forma que la lectura del watimetro es positiva cuando los terminales estan conectados como en la figura siguiente.

Fig.12 Resistencia interna del wattímetro

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 7

18

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

4. Escala lineal

Fig. 13 Wattímetro a escala lineal 5. Escala logarítmica

Fig. 14 Wattímetro a escala logarítmica

Fig. 15 Wattímetro Yokogawa CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 8

19

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

A continuación, se muestra algunos ejemplos de rangos de medición, escalas, y precisión que se puede llegar a obtener en un vatímetro:

Cuadro Nº3 Rango de medición del Wattímetro

CONCLUSIONES: Las conclusiones que podemos obtener de la simulación del circuito serie-paralelo fue el comportamiento de la potencia y el amperaje en ese tipo de circuito y como los resultados teóricos y los prácticos de la simulación tienen mucha similitud en nuestros resultados lo que nos demuestra que cometimos algunos errores talvez por errores de los instrumentos o talvez por errores nuestros al manipular los instrumentos en tal caso hemos de corregir nuestros errores en las simulaciones de los siguientes laboratorios ,pero gracias a este laboratorio hemos comprendido como utilizar algunos instrumentos que no sabíamos manipular y mejorar la manipulación de alguno que ya utilizamos en el primer laboratorio. WEBIOGRAFIA        

http://www.unicrom.com/Tut_resistencia_interna.asp http://es.wikipedia.org/wiki/Error_de_medici%C3%B3n http://investmdos.blogspot.com/2011/07/65-instrumento-demedicion-y-escalas.html http://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3n http://www.comunidadelectronicos.com/proyectos/fuente4.htm http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-demedicion/amperimetros-tipos-y-usos http://www1.herrera.unt.edu.ar/mediciones/TPracticos/medicion es%201/TP2012/TP1.pdf http://ricuti.com.ar/No_me_salen/ELECTRICIDAD/AT_instrumento s.html

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

1 9

20

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Lima, 14 de abril del 2015

CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO

2 0