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• Victor Tejada

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LABORATORIO 3 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO TEMA: CARGA Y DESCARGA DE LOS CONDENSADORES

17 de mayo de 2016

GRUPO HORARIO: 91G 11:20am - 13:00pm

INTEGRANTES: CACHA PALACIOS LUIS ALBERTO

1423125323

TORRES GOMEZ LUIS ABEL

1023120549

VALDIVIA SIGUENZA PERCY GIPSON

1523110247

YATACO SANDIGA DANY MIGUEL

1423125307

ZULOETA CHIRRE MARCOS

1413110229

PROFESOR: ING. CASTRO SALAZAR, FREDDY ADAN FECHA DE REALIZACION: 10/05/2017 FECHA DE ENTREGA: 17/05/2017

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17 de mayo de 2016 PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 3 – ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO CARGA Y DESCARGA DE LOS CONDENSADORES

1.0

Objetivo 1.1 Efectuar pruebas que permitan diagnosticar el estado de los condensadores. 1.2 Estudio de la variación del voltaje y la corriente durante el proceso de carga y descarga de un condensador. 1.3 Estudio sobre los voltajes establecidos en un circuito en serie con condensadores.

2.0

Materiales y equipos a utilizarse 2.1 01 Fuente de alimentación regulable DC 2.2 01 Multímetro analógico 2.3 01 Multímetro digital 2.4 01 Condensador electrolítico 2,200 F – 16V 2.5 01 Condensador electrolítico 1,000 F – 16V 2.6 01 Resistencia de 10 K 2.7 01 Protoboard tipo regleta 2.8 06 Cables de conexión calibre 22 (aprox. 10 cm c/u) 2.9 02 Cables banana - cocodrilo. Un cronómetro (reloj) 3.1 Multímetro analógica

Es el instrumento que utiliza en su funcionamiento los parámetros del amperímetro, el voltímetro y el Ohmímetro. Las funciones son seleccionadas por medio de un conmutador. Por consiguiente todas las medidas de Uso y precaución son iguales y es multifuncional dependiendo el tipo de corriente (C.C o C.A.) 3.2 Multímetro digital

Es el instrumento que utiliza en su funcionamiento los parámetros del amperímetro, el voltímetro y el Ohmímetro. Las funciones son seleccionadas por medio de un conmutador. Por consiguiente todas las medidas de Uso y precaución son iguales y es multifuncional dependiendo el tipo de corriente (C.C o C.A.) Se trata de un instrumento de medición electrónico. Es predecesor de los multímetros

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digitales, y la diferencia radica en el modo de presentar la información al usuario. En los multímetros analógicos, la magnitud medida era presentada mediante un dial graduado, y una aguja que sobre él se desplazaba, hasta obtenerse así la lectura

17 de mayo de 2016 3.3 Transformador El Transformador se basa en el concepto de la inductancia mutua que ocurre en el acoplamiento magnético de dos inductores o bobinas colocadas a una distancia pequeña entre si pero separadas la una de la otra. • Básicamente se componen de dos devanados compuestos de hilos conductores enrollados alrededor de un núcleo común, sea de aire o de algún material ferromagnético • Principalmente se utilizan para elevar o reducir el voltaje o la corriente, como un dispositivo igualador de impedancia, y para aislar (sin conexión física) una parte de un circuito de otra.

3.4 Las resistencias de carbón Hay muchos tipos de resistencias de ambos tipos fijas y variables. El tipo mas comunmente usado en electrónica es la resistencia de carbón. Se fabrican en diferentes tamaños físicos con límites de disipación de potencia, normalmente desde 1 vatio hacia abajo hata 1/8 vatio. Los valores de resistencias y tolerancias se pueden determinar con el código de colores estándar de resistencias.

3.5Capacitores electrolíticos Básicamente, un condensador o capacitor, en su expresión más simple, está formado por dos placas metálicas (conductoras de la electricidad) enfrentadas y separadas entre sí por una mínima distancia, y un dieléctrico, que se define como el material no conductor de la electricidad (aire, mica, papel, aceite, cerámica, etc.) que se encuentra entre dichas placas

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3.0

Procedimiento PRUEBA DE CONDENSADORES

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3.1 Use el multímetro analógico en la función de Ohmímetro y coloque el Selector de Rangos a la posición R x 100. Esta escala es la adecuada para comprobar el estado del condensador proporcionado.

Conecte el condensador según la FIG. 1 (a). Al conectar las puntas de prueba con el condensador, la aguja del multímetro debe deflexionar rápidamente hacia cero y luego retornar lentamente a su posición de reposo (infinito). Esta prueba se realiza cambiando alternativamente la polaridad del condensador conectado al multímetro FIG. 1 (b).

Los posibles resultados y el diagnóstico respectivo sobre el estado del condensador son los siguientes: 

Si la aguja se mantiene en reposo (no se mueve), entonces el condensador está abierto y debe ser reemplazado.



Si la aguja se detiene durante la deflexión, entonces el condensador presenta fugas y debe ser reemplazado.



Si la aguja se mantiene en cero, entonces el condensador está cortocircuitado y debe ser reemplazado.

C

C

Figura 1(a)

Figura 1(b)

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VARIACIÓN DEL VOLTAJE EN EL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA Y DESCARGA

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¡Precaución! : Antes de encender la fuente regulada de DC, para energizar un circuito, verifique que el voltaje de salida sea cero (perilla izquierda girada totalmente en sentido antihorario) 3.2 Arme el circuito de la FIG. 2 Regule la salida de la fuente a 10 V y conecte. Tome nota de la lectura en el amperímetro. Amperímetro DC

Fuente

I = _____1__ mA

10KΩ FIG.2

3.3 Conecte el condensador COMPLETAMENTE DESCARGADO (hacer un contacto entre sus bornes) en el circuito anterior, según la disposición mostrada en la FIG. 3. Tenga presente la polaridad del condensador para evitar destruirlo. Deje suelto el cable conector y encienda la fuente.

Fuente Voltímetro Digital DC 10V

10KΩ

b

Cable Conector

a

C=2,200µF FIG.3

3.4 CARGA: Conecte un extremo del cable conector al punto “a” y observe el voltímetro, tomando nota de su lectura cada 10 segundos (TABLA 1). Luego de 120 segundos, no desconecte el circuito aún, sino siga controlando el tiempo hasta que el condensador se cargue totalmente (tTotal de carga), es decir, hasta que su voltaje tome su valor máximo (10V). Si en 5 minutos no llega a 10V, considerar que alcanzó su carga total y anotar el valor alcanzado en ese tiempo.

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TABLA

I

VARIACIÓN DEL VOLTAJE DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA

t (seg)

0

10

Vc

3.65

20

30

5.63 6.98

40

7.76

50

8.23

60

8.65

70

8.93

80

9.16

90 17100 110de 2016 120 de mayo 9.32

9.45

9.55

tTotal =

9.62 2min

0 (lectura 1) 3.5 Retire el cable conector del punto “a”. Tome nota de lo que indica el voltímetro. 3.6 DESCARGA: Con el condensador ya cargado totalmente, conecte el extremo del cable conector al punto “b” y observe el voltímetro, tomando nota de su lectura cada 10 segundos (TABLA II). Luego de 120 segundos, no desconecte el circuito aún, sino siga controlando el tiempo hasta que el condensador se descargue totalmente (tTotal de descarga), es decir, hasta que su voltaje tome su valor mínimo (0V). TABLA II VARIACIÓN DEL VOLTAJE DEL CONDENSADOR DURANTE SU DESCARGA

t (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

tTotal =

Vc

6.28

4.05

2.63

1.72

1.12

0.73

0.48

0.33

0.23

0.16

0.11

0.08

9.65 (lectura 1)

* Teóricamente:

tTotal de carga

=

tTotal de descarga.

3.7 Trazar las curvas características de voltaje en función del tiempo para la carga y descarga del condensador (usar para el voltaje los valores promedio de las tablas I y II respectivamente). CORRIENTE DURANTE LA CARGA Y DESCARGA DEL CONDENSADOR

Fuente

Amperímetro Digital DC FIG.4

10V

Cable Conector

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10KΩ

C=2,200µF

2min

3.8 Arme el circuito de la FIG. 4. Asegúrese que el condensador se halla completamente descargado. No conecte el cable conector. 3.9 CARGA: Conecte un extremo del cable conector al punto “a” y observe el amperímetro, tomando nota de su lectura cada 10 segundos (TABLA III). No desconecte el circuito aún, hasta que el condensador se cargue totalmente, es decir, tTotal segundos.

17 de mayo de 2016 TABLA

III

VARIACIÓN DE LA CORRIENTE DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA

t (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

tTotal

120

=5min Ic

0.64 0.41 0.25 0.16 0.10

0.06

0.04 0.02 0.01 0.01 0.009

0.008

1 (lectura 1)

3.10 DESCARGA: Con el condensador ya cargado totalmente, conecte el extremo del cable conector al punto “b” y observe el amperímetro, tomando nota de su lectura cada 10 segundos (TABLA IV). TABLA

IV

VARIACIÓN DE LA CORRIENTE DEL CONDENSADOR DURANTE SU DESCARGA

t (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

tTotal

=5min Ic

-0.62

-0.36

-0.23

-0.16

-0.11

-0.07

-0.05

-1 (lectura1)

-0.03

-0.02 -0.01 -0.01 -0.01 0.000 9

3.11 Trazar las curvas características de corriente en función del tiempo para la carga y descarga del condensador (usar para la corriente los valores promedios de las tablas III y IV respectivamente). VOLTAJES EN UN CIRCUITO SERIE CON CONDENSADORES 3.12 Arme el circuito mostrado en la FIG. 5, descargando previamente los condensadores, y encienda la fuente.

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Fuente

10V

10KΩ

17 de mayo de 2016 C1=2,200µF C2=1,000µF

3.13 Utilizando el voltímetro digital observe como varían los voltajes en los condensadores y la resistencia, ¿cuál crece y cuál decrece? 3.14 Tome nota de los voltajes establecidos finalmente en la resistencia y los condensadores. 3.15 ¿Qué relación observa entre los voltajes establecidos en los condensadores y sus capacidades? Explicar teóricamente. TAB L A

V

Vresistencia

0.01

VC1

3.24

VC2

6.75

Vfuente

10

CUESTIONARIO: 1-Defina que es un condensador y explique cómo está constituido Se llama condensador a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El condensador está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios. En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q -) y la otra positivamente (Q +) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice que el condensador se encuentra cargado con una carga Q.

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2.-Describa como está construido un condensador electrolítico y cuáles son sus usos Un Condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente alterna pero no corriente continua. Es un dieléctrico, es un electrolito constituido por óxido de aluminio impregnado en un papel absorbente. Es un elemento polarizado, por lo que sus terminales no pueden ser invertidos. Generalmente el signo de polaridad viene indicado en el cuerpo del capacitor

3.-Que parámetros se debe especificar cuándo se desea comprar un condensador?

Al adquirir un condensador del tipo que

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queramos se debe especificar la cantidad de voltaje o carga que queremos que mida Al adquirir un condensador del tipo que queramos se debe especificar la cantidad de voltaje o carga que queremos que mida Al adquirir un condensador del tipo que

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queramos se debe especificar la cantidad de voltaje o carga que queremos que mida

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Debemos de indicar en el caso más comercial como el que vamos a usar nosotros es la unidad en faradios (micro, mili, etc.); y la cantidad de voltaje de dicho condensador 4.-Se puede hacer la prueba de un condensador con el ohmiometro digital? Cómo? -Usa tu multímetro digital para asegurarte que toda la alimentación del circuito esté desconectada. Si el capacitor está usando un circuito CA, configura el multímetro para una medición de tensión CA. Si está usando un circuito CD configura el multímetro para medir tensión CD. -Inspecciona visualmente el capacitor. Si ves fugas, grietas, protuberancias u otros signos de deterioro, reemplaza el capacitor. Gira la perilla a modo de medición de capacitor. El símbolo normalmente está acompañado de otra función. Adicionalmente a esto suele ser necesario presionar un botón para activar la medición. (Consulta el manual de usuario de tu multímetro para más información). Para una medición correcta, el capacitor debe ser removido del circuito.1 Descarga el capacitor como se mencionó anteriormente. Conecta los cables de prueba en las terminales del capacitor. Mantén los cables de prueba conectados por algunos segundos para dejar que el multímetro seleccione de manera automática el intervalo correcto. Lee la medición en la pantalla. Si el valor de capacitancia se encuentra dentro del intervalo, el multímetro mostrará el valor del capacitor. Si se muestra OL a)El valor del capacitor es más alto que el intervalo de medición b)El capacitor está dañado. 5.-En su experimento, que función cumple el resistor de 10k ꭥ colocado en el circuito de carga del condensador? Fue para hallar lentamente la variación de la carga y la descarga en el caso del condensador y también para ver la variación de voltaje en dichos casos 6.-Como podría hacer para que la carga del condensador de 2200 μF sea más lenta? O más rápida?

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Esto dependería de la resistencia para ambos casos si queremos que la carga sea mas rápida entonces deberemos de usar una resistencia menor, y en el caso contrario una resistencia de mayor valor 7.- Calcule teóricamente el voltaje en el condensador en el instante t=40s y compárelo con el 17 de mayo de 2016 valor obtenido en su tabla I. Calculando el voltaje para t=40s

Para t=40s→resistencia *condensador = 10kꭥ * 2200 μF =0.022 V=10(1-ꬴ-(40/0.022)) V=10(1-ꬴ-1818.18182) V=10(1-0) V=10 Nuestro valor teórico sale 10v y en nuestra tabla nos salió 8.3v 8.-Con los valores de voltaje en el condensador de su tabla I deduzca una tabla igual para los voltajes en la resistencia y grafique la curva Vr vs T Como el valor de voltaje es 10 tendremos que el valor de la resitencia seria V R=10v - Vt t V(condensador) V(resistencia)

0 10 0 3.65 10 6.1

20 30 5.63 6.98 4 2.5

40 50 60 70 80 90 100 110 120 7.76 8.23 8.65 8.93 9.16 9.32 9.45 9.55 9.62 1.7 1.2 0.75 045 0.29 0.15 0.05 0 0

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9.-Calcule el tiempo de carga del condensador de su circuito y compárelo con el tomado de su experimento. Calculamos primero el tiempo teórico

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V=10(1-ꬴ-(120/0.022)) V=10(1-0) V=10 Al parecer coincide el tiempo de carga de nuestra tabla con el valor teorico qu hemos hallado 10. En la práctica, le resulto igual el tiempo de carga al tiempo de descarga? ¿a que se debe esto ? Solo varía unos seguidos ya que los instrumentos siempre tienen un margen de error 11. Con los datos de la tabla V calcule la carga almacenada en cada uno de los condensadores, ¿Qué puede concluir respecto de la carga en condensadores conectado en serie? Se sabe que la carga del condensador está dada por la capacitancia entre el voltaje  Para el condensador de 2200µF: Q=

2200 =495.5µC 4.44

Se debe a que almacena una cierta cantidad de energía en un determinado tiempo lo cual al descargarse empleara el mismo tiempo requerido  Para el condensador de 1100µF: Q=

I.

1100 =181.82µC 5.5

Conclusiones A través del siguiente trabajo nos pudimos dar cuenta sobre ciertas cosas, por ejemplo que la relación que hay entre el tiempo con la carga del condensador, es un tipo de relación directa lo cual mientras mayor es el tiempo mayor es la carga que va a tener el condensador, por otro lado la relación que tiene la descarga del condensador con respecto al tiempo es una relación indirecta, a medida que transcurre más tiempo, la carga del condensador es menor. Por otro lado el tiempo de carga del condensador hasta llegar a su máximo o cuando comienza a aumentar en forma mínima es mayor que el tiempo que el condensador emplea en descargarse hasta que se quede sin carga.

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Los valores de la constante de tiempo t, el valor que esta tendría que tomar en forma teórica con los valores del condensador y de la resistencia difiere del valor que se tomó en la forma práctica, esto se debe a que se pudieron presentarse algún tipo de falla durante la medición del tiempo o del voltaje, por fallas o valores con cierto margen de error de la fuente de poder, el condensador, la resistencia, o el voltímetro, 17 de mayo de 2016 o por razones que simplemente no pudieron se identificadas. Con respecto a los gráficos en el de descarga se puede ver que en el inicio de las mediciones las diferencias de voltaje de descarga eran mayores con respecto a los intervalos de descarga finales, la diferencia de voltaje mientras avanza el tiempo, disminuyen los intervalos de descarga. Lo que nos lleva a tener una curva logarítmica. Con respecto a la carga del condensador en el inicio, la diferencia de carga de un intervalo de voltaje es mayor mientras avanza el tiempo a que cuando nos acercamos al límite de la carga máxima del condensador, lo que nos lleva a tener una curva con forma exponencial, o logarítmica, pero con el signo contrario. II.

Recomendaciones Verificar el correcto estado de los instrumentos de medición para que los resultados obtenidos sean los más óptimos posibles.

III.

Bibliografía http://webpersonal.uma.es/~jmpeula/carga_y_descarga.html http://html.rincondelvago.com/carga-y-descarga-de-un-condensador.html

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