• Author / Uploaded
• Anonymous fvvijjXIo

Citation preview

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA

MEDIDA DE PARAMETROS R, XL, XC Estudiante: Sandoval Quezada Marenka R. Docente: Ing. Humberto Harriague Auxiliar: Univ. Albert Chuquichambi Carrera: Ingeniería Industrial Grupo: “3” Materia: Electrotecnia Industrial ELT-265 Fecha de entrega: 23 de octubre de 2018 LA PAZ-BOLIVIA

1. Objetivo: Todo elemento resistivo, inductivo o capacitivo, tiene una propiedad muy importante, que es la de oponerse al paso o variación de corriente según sea el caso. Con esta experiencia lo que se pretende es determinar estas propiedades mediante la medición de tensiones y corrientes en los diferentes elementos componente

2. Fundamento teórico: 2.1.

Introducción

Al suministrar energía eléctrica a un elemento pasivo de un circuito, este se comporta o responde de una, o más, de estas tres formas:  Si la energía la disipa el elemento, es resistivo puro.  Si la almacena en un campo magnético, es una bobina pura.  Si la acumula en un campo eléctrico, es un condensador puro. Se puede diseñar bobinas con un gran coeficiente de autoinducción, sin embargo, el hilo con que se fabrica presenta cierta resistencia imposible de anular. 2.2.

Ley de Ohm

La ley de Ohm establece la relación entre la corriente, el voltaje y la resistencia. La ley se expresa matemáticamente de tres maneras: a) La corriente en un circuito es igual al voltaje aplicado al circuito dividido entre la resistencia del circuito: 𝐈 =𝐕/𝐑 b) La resistencia en un circuito es igual al voltaje aplicado al circuito dividido entre la corriente del circuito: 𝐑 =𝐕/ 𝐈 c) El voltaje aplicado en un circuito es igual al producto de la corriente y la resistencia del circuito: 𝐕 = 𝐈 ×𝐑 = 𝐈𝐑 En las que: I= corriente en [A] R= Resistencia [Ω] V= Voltaje [V] Si se conoce dos de las cantidades podemos calcular la tercera. Si la tensión que se aplica es alterna, la corriente que circula por el circuito, también es alterna, y la constante de proporcionalidad enunciada anteriormente se

denominara impedancia eléctrica del elemento como podemos ver en la ecuación: 𝐙 =𝐕/ 𝐈 En C. A. existen dos tipos de resistencia al paso de la corriente: 1º. Una del mismo valor que en CC:

2º. Otra debida a que en corriente alterna, y a medida que aumenta la frecuencia, las diferencias entre la densidad de corriente en las distintas zonas de una sección transversal se hace más notoria. Este fenómeno se conoce como efecto pelicular o efecto Kelvin. Esto produce un aumento de la resistencia efectiva en comparación con la resistencia en corriente continua. Este efecto para líneas eléctricas de 50 Hz es despreciable pudiéndose despreciar para los cálculos de uso frecuente. 2.3. INDUCCIÓN: La capacidad que tiene un conductor de inducir voltaje en sí mismo cuando cambia la corriente es su autoinducción o simplemente, inductancia. El símbolo de la inductancia es L y su unidad es el Henry (H). Un Henry es la cantidad de inductancia que permite que induzca un volt cuando la corriente cambia a razón de 1 ampere por segundo (figura 2). La fórmula de la inductancia es: 𝐋 =𝐕𝐋 /(∆𝐢/∆𝐭) En la cual: L: Inductancia [H] 𝐕𝐋: Voltaje inducido entre los extremos de la bobina [V] ∆𝐢/∆𝐭: Razón de cambio de la corriente A/s]

La inductancia de una bobina es 1H cuando un cambio de 1 A/s induce 1 V en la bobina. 2.3.1. Reactancia inductiva Un conductor de la línea está en las proximidades de los otros y es cortado por tres flujos de naturaleza distinta: 1.- Un primer flujo corresponde al formado por la corriente que por el conductor circula desde la periferia del conductor hasta el infinito. 2.- Un segundo flujo también formado por la corriente que por el conductor circula y que se localiza en el interior del conductor. 3.- Y un tercer flujo que será igual a la suma de los flujos originado por los conductores cercanos recorridos por sus respectivas corrientes que también cortan al conductor considerado. Estos flujos variables crean unas fem auto inducidas-inducidas E = - LAdi/dt, tal que con sus efectos se oponen a las causas que las producen, originando una reactancia en la línea de valor: 𝑋𝐿 = 2𝜋𝑓𝐿 En la cual: 𝐗𝐋: Reactancia inductiva [Ω] 𝐟: Frecuencia [Hz] 𝐋: Inductancia [H] En la que L representa el coeficiente de autoinducción aparente de la línea, que se obtiene, según los casos, como se expone a continuación. Por tanto diremos que: La reactancia inductiva 𝑋𝐿 es la oposición a la corriente alterna debida a la inductancia del circuito. La unidad de reactancia es el Ohm.

En un circuito que contenga únicamente inductancia (figura 3), se puede usar la ley de ohm para encontrar la corriente y el voltaje sustituyendo R por XL. 𝐕𝐋 = 𝐈𝐋 ∙𝐗𝐋 En las cuales: 𝐈𝐋: Corriente que pasa por la inductancia [A] 𝐕𝐋: Voltaje entre los extremos de la inductancia [V] 𝐗𝐋: Reactancia inductiva [Ω]

2.3.2. Inductores en

serie

Si se conectan en serie cierto número de inductores, la inductancia total LT es la suma de las inductancias individuales, es decir: 𝐋𝐓 = 𝐋𝐞𝐪 = 𝐋𝟏 +𝐋𝟐 +⋯+ 𝐋𝐧

2.4. CAPACITOR: Un capacitor o condensador es un dispositivo eléctrico que consiste de dos placas conductoras de metal separadas por un material aislante llamado dieléctrico (figura9). Los símbolos esquemáticos que se muestran se aplican a todos los capacitores.

Un capacitor almacena carga eléctrica en el dieléctrico. Las dos placas del capacitor mostrado son eléctricamente neutras porque hay el mismo número de protones que de electrones en cada placa. Por tanto, el capacitor no tiene carga. Ahora se conecta una batería entre las placas. Cuando se cierra el interruptor, la carga negativa de la placa A es atraída a la terminal positiva de la batería, mientras que la carga positiva de la placa B es atraída a la terminal negativa de la batería. Este movimiento de las cargas proseguirá hasta que la diferencia entre la carga de las placas A y B sea igual a la fuerza electromotriz de la Batería. El capacitor entonces estará cargado. Como casi nada de carga puede cruzar el espacio entre las placas, el capacitor permanecerá en esta condición, aunque se desconecte y se retire la

batería. Sin embargo, si se desconecta un conductor entre las placas, los electrones encontrarán un camino para regresar a la placa A y volverán a neutralizarse las cargas de cada placa. Entonces el capacitor está descargado. 2.4.1. Capacitancia En términos eléctricos, la capacitancia es la capacidad de almacenar una carga eléctrica. La capacitancia es igual a la cantidad de carga que puede almacenar un capacitor dividida por el voltaje aplicado entre las placas. 𝐂 = 𝐐/𝐕 En donde: C: Capacitancia [F] Q: Cantidad de carga [C] V: voltaje [V] La unidad de capacitancia es el faradio (F) y es la capacitancia que almacena un coulomb de carga en el dieléctrico cuando el voltaje aplicado entre las terminales del capacitor es un voltio. 2.5 Reactancia capacitiva La reactancia capacitiva Xc es la oposición al paso de la corriente alterna debido a la capacitancia del circuito. La unidad de la reactancia capacitiva es el Ohm. La reactancia capacitiva puede determinarse mediante la fórmula: 𝐗𝐂 =𝟏/𝟐𝛑𝐟𝐂 En donde: Xc : reactancia capacitiva (Ω) f: frecuencia (Hz) C: capacitancia (F) El voltaje y la corriente en un circuito que contiene sólo reactancia capacitiva pueden encontrarse usando la ley de Ohm. Sin embargo, en el caso de un circuito capacitivo, R se sustituye por Xc. 𝐕𝐂 = 𝐈𝐂 ∗𝐗𝐂 𝐈𝐂 =𝐕𝐂/ 𝐗𝐂 𝐗𝐂 =𝐕𝐂/ 𝐈𝐂 Donde: Ic : corriente que pasa por el capacitor (A)

Vc : voltaje entre las placas del condensador (v) Xc : reactancia capacitiva (Ω)

3. Materiales: a) Una fuente de alimentación de corriente continua de 0 a 135 [V], 5 [A]. b) Una fuente de alimentación de corriente alterna de 0 a 120 [V], 5 [A]. c) Voltímetro de corriente continua de rango 0 a 250 [V]. d) Voltímetro de corriente alterna de rango 0 a 250 [V]. e) Amperímetro de corriente continua. f) Amperímetro de corriente alterna. g) Bobina de 1200 espiras. h) Tres núcleos de hierro. i) Capacitor de 40 microfaradios.

4. Procedimiento: 4.1.

Circuito de la figura A.

1) Armar el circuito de la figura A, utilizando la bobina de 1200 espiras sin núcleo. 2) Alimentar al circuito con una tensión tal que en el circuito circule una corriente menor a 5 [A]. 3) Registrar los valores de la tensión y corriente en la tabla Nº 1. 4) Volver a armar el circuito de la figura A, con la misma bobina con núcleo.

4.2. Circuito de la figura B. 1) Armar el circuito de la figura B, utilizando el capacitor de 40 micro faradios.

2) Alimentar al circuito con una tensión tal que en el circuito circule una corriente menor a 5 [A]. 3) Registrar los valores de la tensión y corriente en la tabla Nº 1.

Figura B. 4.3. Circuito de la figura C. 1) Armar el circuito de la figura C, utilizando una resistencia, la bobina de 1200 espiras con núcleo y capacitor de 40 micro faradios. 2) Alimentar al circuito con una tensión tal que en el circuito circule una corriente menor a 5 [A]. 3) Registrar los valores de la tensión y corriente en la tabla Nº 2.

5. Tabla de datos: Corriente Continua: COMPONENTE 1200 espiras SN 1200 espiras CN Capacitores 40 μF

Corriente continua I V 0.06 5.02 0.01 5.02 0.01 5.02

R(Ω) 83.67 502 502

Corriente Alterna: COMPONENTE

Corriente Alterna I V 0.27 4.97 0.07 4.97 0.05 4.97

1200 espiras SN 1200 espiras CN Capacitores 40 μF

6. Cálculos: Corriente Continua: LEY DE OHM

R=

V I

R 1=

V 5.02 → R 1= → R1=83.67 (Ω) I 0.06

R 2=

V 5.02 → R 2= → R 2=502 ( Ω ) I 0.01

R 3=

V 5.02 → R 3= → R3 =502(Ω) I 0.06

Corriente Alterna: LEY DE OHM

Z=

V I

Z1 =

V 4.97 → Z1 = → Z 1=18.407 (Ω) I 0.27

Z2 =

V 4.97 → Z 2= → Z 2=71 ( Ω ) I 0.0 7

Z3 =

V 4.97 → Z 3= → Z3 =99.4( Ω) I 0.05

7. Cuestionario:

Z(Ω) 18.407 71 99.4

1) ¿Por qué la intensidad medida en corriente continua en el capacitor marca igual a cero? Esta se hace cero cuando el condensador adquiere la carga máxima. 2) ¿Al suministrar energía eléctrica que campos se producen en la bobina y en el capacitor? Son componentes pasivos de un circuito eléctrico que debido al fenómeno de autoinducción almacena energía en forma de campo magnético. 3) Indicar cuál de los parámetros son fasores: V, I, Z. En un circuito con corriente alterna la “I” y el “V”, pueden ir desfasados según sea el componente pasivo (Resistencia, bobina, condensador, etc.) colocado en el circuito. 4) Definir que es un fasor. FASOR (Frequency Addition Source of Optical Radiation); es una representación grafica de un numero complejo que se utiliza para representar la magnitud y fase de una oscilación. 5) Si XL y XC en serie, y XL es mayor a XC entonces ¿qué tipo de circuito es? Se trata de un circuito inductivo.

8. Conclusiones y Observaciones:  Se determinó la tensión y corriente para un capacitor de 40 μF y una bobina de 1200 espiras con núcleo y sin él, manejando correctamente los materiales del laboratorio.  Debido a la falta de las demás bobinas solamente se trabajó con la de 1200 espiras.

9. Bibliografía: Circuitos eléctricos Jhosep Edminister https://es.wikipedia.org/wiki/Fasor https://www.fisicapractica.com/inductivos-alterna.php