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• Luis Angel Marin

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2018 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA INFORME DE LABORATORIO V: CORRIENTE ALTERNAGA CARGA INTEGRANTES: INFORME DE LABORATORIO ALBITES CUBAS, BENJAMIN – 20171025B ASTO TEVEZ, NICOLAS– 20171402 CONDEZO ROSAS, EDWIN – 20172676G ORE VASQUEZ, SOFIA – 20171450E QUISPE ALVARADO, JHOEL – 20171374G

Docente: PEÑA, VICENTE

FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

INDICE 1 Introducción y resumen ……………………….........pág. 2 2 Objetivos……………………………………………….….pág. 4 3 Equipos y materiales………………………………….pág. 5 4 Fundamento teórico…………………………………….pág. 7 5 Procedimiento experimental……………………....pág. 12 7 Cálculos y resultados……………………………….....pág. 14 8 Cuestionario……………………………….….................pág. 15 9 Conclusiones…………………………………………...pág. 16 10 Bibliografía……………………………………….......pág. 17

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INTRODUCCIÓN La corriente alterna que hoy en día tenemos es gracias a un gran inventor serbio, Nikola Tesla, que trabajó a las órdenes de Edison desde que llegó a este país, se convenció de que la solución estaba en la corriente alternada, que podía generarse en voltajes muy altos.

Edison creyó que esta corriente era demasiado peligrosa. Tesla arguyó que podría reducirse el voltaje, hasta llegar a 120 voltios para uso doméstico, mediante transformadores escalonados. La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la Corriente continua. En el caso de la corriente continua la elevación de la tensión se logra conectando dinamos en serie, lo cual no es muy práctico, al contrario, en corriente alterna se cuenta con un dispositivo: el transformador, que permite elevar la tensión de una forma eficiente. Es por eso que la guerra que hubo en esa época entre la corriente continua(DC) y la corriente alterna (AC) fue ganada por esta última.

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Resumen CONCEPTO DE CORRIENTE ALTERNA

La corriente alterna es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor. Como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conductor. La variación de la tensión con el tiempo puede tener diferentes formas: senoidal (la forma fundamental y más frecuente en casi todas las aplicaciones de electrotecnia); triangular; cuadrada; trapezoidal; etc..si bien estas otras formas de onda no senoidales son más frecuentes en aplicaciones electrónicas. Las formas de onda no senoidales pueden descomponerse por desarrollo en serie de Fourier en suma de ondas senoidales (onda fundamental y armónicos), permitiendo así el estudio matemático y la de sus circuitos asociados. VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA

La corriente alterna presenta ventajas decisivas de cara a la producción y transporte de la energía eléctrica, respecto a la corriente continua:     

1-Generadores y motores más baratos y eficientes, y menos complejos 2-Posibilidad de transformar su tensión de manera simple y barata (transformadores) 3-Posibilidad de transporte de grandes cantidades de energía a largas distancias con un mínimo de sección de conductores ( a alta tensión) 4-Posibilidad de motores muy simples, (como el motor de inducción asíncrono de rotor en cortocircuito) 5-Desaparición o minimización de algunos fenómenos eléctricos indeseables (magnetización en las maquinas, y polarizaciones y corrosiones electrolíticas en pares metálicos)

La corriente continua, presenta la ventaja de poderse acumular directamente, y para pequeños sistemas eléctricos aislados de baja tensión, (automóviles) aún se usa (Aunque incluso estos acumuladores se cargan por alternadores) 3

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Actualmente es barato convertir la corriente alterna en continua (rectificación) para los receptores que usen esta última (todos los circuitos electrónicos). PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA

Industrialmente se produce en su casi totalidad por generadores rotativos electromecánicos movidos por motores térmicos, hidráulicos, eólicos etc... Para pequeñas potencias se usan también convertidores electrónicos cc/ca (onduladores) que entregan formas de onda más o menos senoidales (desde trapeciales a casi senoidal pura) partiendo de corriente continua (acumuladores). Los generadores electromecánicos se basan en la producción de tensión por inducción, cuando un conductor se mueve en un campo magnético. VALORES MAXIMOS Y EFICACES DE LA CORRIENTE ALTERNA SENOIDAL

Se designa como valor eficaz de una magnitud sinusoidal a la raíz cuadrada del valor medio de su cuadrado, y es igual al valor máximo dividido por raíz cuadrada de 2 En corriente alterna la tensión eficaz tiene un concepto físico de equivalencia con una tensión de corriente continua que produjese la misma disipación térmica en la resistencia, que la que disipa la corriente alterna.

OBJETIVO  Familiarizar al estudiante con algunos conceptos de la corriente alterna (valores eficaces y relaciones vectoriales).  Estudiar el comportamiento de una lámpara fluorescente.  Realizar medición de voltaje y corriente alterna en un circuito que consta de una lámpara fluorescente y un reactor.  Determinar la inductancia y potencia consumida del reactor y también calcular la potencia consumida por el fluorescente.

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CORRIENTE ALTERNA EQUIPOS Y MATERIALES  Una caja que contiene: una lámpara fluorescente, un arrancador y un reactor.

 Un multímetro Digital. Instrumento utilizado para medir las tensiones, corrientes y resistencias del circuito.

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 Un fusible

 Cables de conexión. Son utilizados como medio de enlace.

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FUNDAMENTO TEÓRICO Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda sinodal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. ONDA SINUSOIDAL Una señal sinusoidal a (t), tensión, v (t), o corriente, i (t), se puede expresar matemáticamente según sus parámetros característicos, como una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación: a(t) = Ao.sin(wt + P)

Dónde: es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de pico) • la pulsación en radianes/segundos t: el tiempo en segundos p: el ángulo de fase inicial en radianes.

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Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como: ct(t) = Ao.sin(2nft + P) Donde f es la frecuencia en (Hz) y equivale a la inversa del período Los valores más empleados en la distribución son 50 Hz y 60 Hz. VALORES SIGNIFICATIVOS A continuación, se indican otros valores significativos de una señal sinusoidal: VALOR INSTANTÁNEO (a (t)): Es el que toma la ordenada en un instante t determinado. VALOR PICO A PICO (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1, una señal sinusoidal que oscila entre +AO y -AO. El valor de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+AO)-(-AO) = 2xAO. VALORMEDlO: Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. VALOR EFICAZ (A): Su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un periodo.

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CONDENSADOR EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA Si se aplica un voltaje alterno a los extremos de un condensador, este se carga y descarga periódicamente y seque fluye una corriente "a través" del condensador es en cualquier instante q, la diferencia de potencial entre sus placas es en dicho instante V y está dado por. V=q/C Siendo C la capacidad del condensador. La carga en la placa del condensador es igual a la integral de la corriente durante el tiempo en que fluye la carga hacia e l condensador, de modo que idt Si la corriente es sinusoidal 1=1M sin wt cv=f 1M sin wtdt

sin (wt — L)

La carga inicial del condensador se ha supuesto igual a cero. Luego la diferencia se ha supuesto V puede expresarse como: VM sin(wt —L) Donde Reemplazando VM y

en función de sus valores eficaces tenemos:

Es usual representar por el símbolo Zc la reactancia capacitiva, definida por

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Para describir el comportamiento de un condensador en un circuito de corriente alterna.se tiene

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Comparando las ecuaciones Q0 y (P) se nota que el voltaje está atrasado en 90 0 con respecto a la corriente.

Si el valor máximo de la corriente se representa por un vector trazado en la dirección +X, el valor máximo del voltaje puede representarse como un vector trazado en la dirección de i y de V se encuentran examinando las proyecciones de estos vectores en el eje Y, cuando rotan en se ntido contrario a las agujas del reloj con velocidad angular w.

UNA RESISTENCIA CONECTADA A UN GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA La ecuación de este circuito simple es (intensidad por resistencia igual a la fe m). La diferencia de potencial en la resistencia es: VR = Vo sin wt En una resistencia, la intensidad i R y la diferencia de potencial VR están en fase. La relación entre sus amplitudes es:

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Con VR = Vo , la amplitud de la fem alterna. Como vemos en la representación vectorial de la figura, al cabo de un cierto tiempo t, los vectores rotatorios que representan a la intensidad en la resistencia y a la diferencia de potencial entre sus extremos, ha girado un ángulo w t. Sus proyecciones sobre e l eje vertical marcados por los segmentos de color azul y rojo son respectivamente, los valores en el instante t de la intensidad que circula por la resistencia y de la diferencia de potencial entre sus extremos. EL CIRCUITO DE LA LÁMPARA FLUORESCENTE Los elementos de la instalación de una lámpara aparte de la propia lámpara son dos elementos fundamentales: el cebador y la reactancia inductiva. E cebador está formado por una pequeña ampolla de cristal rellena de gas neón a baja presión y en cuyo interior se halla un contacto formado por láminas bimetálicas. En paralelo con este contacto se halla un condensador destinado a actuar de apaga chispas. El elemento de reactancia inductiva está constituido por una bobina arrollada sobre un núcleo de chapas de hierro, el cual recibe el nombre de balastra o balasto. Este último término, no debe ser confundido con el mate rial usado en la construcción de vías de ferrocarril.

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PROCEDIMIENTO 

Colocamos el fusible, luego conectamos e l enchufe. Obs rvamos que no pasa nada en e l tubo.  Unimos los puntos Q y S con un cable. Observamos una pequeña cantidad de luz visible pero la lámpara aún no "prende' . lámpara

 Luego desconectamos e l cable QS de cualquiera de sus contactos y observamos que se enciende instantáneamente la lámpara.  Finalmente se armó el circuito con arrancador incluido para ver que ocurría. ARRANCADOR

 Medimos la resistencia del reactor con el Multímetro.

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 Establecimos el circuito mostrado y medimos e l Vef Y la Ief.A : AMPERiMETR0  V : VOLTÍMETRO Con los valores de Ief, de R y de Vef determinamos gráficamente el valor de la reactancia inductiva. Para ello, trazamos un vector AB a escala según el eje de las X. A partir del extremo B levantamos una perpendicular. Con extremo en A y un radio vector de magnitud igual a Vef intersecamos la perpendicular en C.  A partir de la medición de BC y del valor de Ief, calculamos e l valor de L en henrios.  Luego encontramos el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente a través del reactor. Establecimos el siguiente circuito.  Con el voltímetro de corriente alterna mida los voltajes eficaces VMN, VMP, VPN.  Con el amperímetro de c.a. medimos el valor eficaz de la corriente I. Usamos e l triángulo construido en la segunda parte para encontrar la potencia disipada a través de la lámpara fluorescente.  Con centro en e l vértice C trazamos una circunferencia cuyo radio tenga e l valor del voltaje a través de la lámpara VNP.  Con centro en A trazamos una circunferencia cuyo radio tenga e l valor del voltaje de entrada VMN, interceptándola con la circunferencia anterior en e l punto D.  Trazamos e l triángulo DAC' que será el triángulo del circuito.  Por e l punto D trazamos DE paralela a AB y medimos e l ángulo EDA. Usando los valores de VNP, I y el ángulo EDA, calculamos la potencia disipada.

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CÁLCULOS Y RESULTADOS. 1) R=48.8

2) R=48.8 Vef=210 Ief=4.06

𝐴𝐶 2 = 𝐴𝐵2 +𝐵𝐶 2 𝐵𝐶 2 = 2102 −198.1282

BC=69.6 BC=Vef=Ief.Zl Zl=69.6/4.08=17.16 Zl=WL L=17.6/(2𝜋. 60)=0.046 3) I=3 .09A

4)

Φ=arctg(69.6/198,128) Φ=0.34rad=19.36°

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CUESTIONARIO: .-Explique detalladamente el hecho de que al interrumpirse la corriente en el arrancador aparece un alto voltaje a través del tubo, ¿es éste voltaje mayor que el voltaje de la línea? El arrancador es un dispositivo que debido a la diferencia de potencial y a la dilatación térmica puede hacer funcionar el circuito de manera similar que en el caso de la parte I de la experiencia en donde sólo se usó un cable y la fem inducida. El hecho es que en esencia es el mismo dispositivo, sólo que aparte de eso es un capacitor (al momento de abrir uno se puede evidenciar que es un cilíndrico con un trozo de papel como dieléctrico), cuya función es absorber los picos de tensión que se producen al abrir y cerrar el contacto, evitando su deterioro por las chispas que, en otro caso, se producirían. Luego de recordar esto, al quedar abierto el circuito debido a la dilatación se da origen a una fuerza electromotriz auto inducido entre los bornes del reactor y consecuentemente una gran diferencia de potencial entre los filamentos de la lámpara (voltaje mayor al voltaje de la línea), y este modo el fluorescente se podrá encender. .-¿Es posible hacer funcionar la lámpara fluorescente sin usar el arrancador? A partir de la primera parte del experimento de mostramos que si es posible, e l detalle está en armar un circuito que cumpla la misma función del arrancador, es decir primero debemos tener un circuito abierto, por donde no circule ninguna corriente, posteriormente cerramos el circuito y comenzará a fluir una corriente a través de los filamentos, razón por la cual estos se calientan, produciéndose entonces una nube de electrones que circularán entre uno y otro extremo del tubo sin alcanzar la energía suficiente para ionizar a los gases del tubo, luego debemos desconectar los cables que en un inicio nos sirvió para cerrar e l circuito, produciéndose así un cambio brusco en e l valor de la corriente, lo cual da origen a una fuerza electromotriz auto inducida entre los bornes del reactor y consecuentemente una gran diferencia de potencial entre ambos filamentos de la lámpara; este potencial hace que los

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electrones adquieran una energía suficiente para ionizar a los gases de la lámpara y por lo tanto encenderla. . -Indique si el comportamiento de la lámpara fluorescente es inductivo o capacitivo. Es básicamente inductivo pues para que funcione la lámpara, necesariamente necesita de un reactor el cual está constituido por una inductancia L, y este da origen a una fuerza electromotriz auto inducida (producida por la inducción electromagnética) entre los bornes del reactor y consecuentemente una gran diferencia de potencial entre ambos filamentos de la lámpara haciendo que los electrones logren ionizar a los gases de la lámpara y por lo tanto encenderla. Además no se consideró capacitivo porque a partir de la experiencia sabemos que la lámpara puede funcionar con o sin arrancador (e n donde encontramos un condensador que se encarga de absorber los picos de tensión que se producen al abrir y cerrar el contacto). .- ¿Por qué el triángulo DAC es el triángulo del circuito? El triángulo DAC es una representación fasorial de los voltajes eficaces, entre los cuales tenemos el de entrada (VMN), el presente en el fluorescente (VMP), y el presente en el reactor (VNP), y es el triángulo del circuito pues relaciona los voltajes que circulan por cada elemento del circuito.

CONCLUSIONES  En los circuitos de corriente alterna se siguen cumpliendo las leyes de Kirchhoff, pero con voltajes y corrientes instantáneas.  Debido a una imprecisión y/o falla en los instrumentos encontramos una variación entre los resultados obtenidos y los deseados.  De acuerdo a los resultados se disipa mayor energía a través del reactor que en comparación del fluorescente.

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 De acuerdo a la experiencia, la lámpara fluorescente presenta un comportamiento inductivo.

BIBLIOGRAFIA  Manual de laboratorio de física general, 2da. Edición. Lima 2004. pág.: desde 160 hasta 174.  Leyva Nevers, Humberto. Electrostática y magnetismo. Moshera s.r.l. 1 999. Lima, Perú.  Sears , F.W. ; Zemansky , M ; Young , H. ; Freedman , R.:FISICA UNIVRESITARIA Vol. II .Undécima edición . México .Pearson Education.

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