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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO TITULO: CARGA Y DESCARGA DE LOS CONDENSADORES

SECCION: 90-G MESA: 2 INTEGRANTES: 

DIONICIO MELCHOR, JORGE GUSTAVO 1623125881



GIL SUAREZ, VICENTE EDUARDO

1623115138



BARZOLA YARINGAÑO, LAURA

1623125701



FLORES ANSELMO CARLOS EDUARDO

1623125461

PROFESOR: FREDY CASTRO FECHA DE REALIZACION: 16/05/2018

CALLAO - PERÚ

2018 1

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

II. INTRODUCCION En electricidad y electrónica, un condensador (capacitor en inglés) es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separadas por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).

III. MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZARSE  MATERIALES 01 Condensador electrolítico 2,200 μF – 16V 01 Condensador electrolítico 1,000 μF – 16V 01 Resistencia de 10 KΩ 06 Cables de conexión calibre 22 (aprox. 10 cm c/u) 02 Cables banana – cocodrilo

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EQUIPOS 01 Fuente de alimentación regulable DC 01 Multímetro analógico 01 Multímetro digital 01 Protoboard tipo regleta 01 Cronómetro (reloj)

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IV. FUNDAMENTO TEORICO Para poder realizar con gran eficacia este laboratorio, debemos de conocer algunos instrumentos que utilizaremos y materiales que utilizaremos. CONDENSADORES Condensadores Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico. Tiene una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad, que deberemos aprender a distinguir. En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.  Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (μF=10-6 F), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).

 Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensión superior a la máxima.

 Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.

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 Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 μF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Tipos de Condensadores

Vamos a mostrar a continuación una serie de condensadores de los más típicos que se pueden encontrar.  Electrolíticos. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrolito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 μF. Arriba observamos claramente que el condensador nº 1 es de 2200 μF, con una tensión máxima de trabajo de 25v. (Inscripción: 2200 μ / 25 V). Abajo a la izquierda vemos un esquema de este tipo de condensadores y a la derecha vemos unos ejemplos de condensadores electrolíticos de cierto tamaño, de los que se suelen emplear en aplicaciones eléctricas (fuentes de alimentación, etc...)  Electrolíticos de tántalo o de gota. Emplean como dieléctrico una finísima película de óxido de tantalio amorfo, que con un menor espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una capacidad superior a 1 μF. Su forma de gota les da muchas veces ese nombre.  De poliester metalizado MKT. Suelen tener capacidades inferiores a 1 μF y tensiones de trabajo a partir de 63v. Más abajo vemos su estructura: dos láminas de policarbonato recubierto por un depósito metálico que se bobinan juntas. Aquí al lado vemos un detalle de un condensador plano de este tipo, donde se observa que es de 0.033 μF y 250v. (Inscripción: 0.033 K/ 250 MKT).  De poliéster. Son similares a los anteriores, aunque con un proceso de fabricación algo diferente. En ocasiones este tipo de condensadores se presentan en forma plana y llevan sus datos impresos en forma de bandas de color, recibiendo comúnmente el nombre de condensadores "de bandera". Su capacidad suele ser como máximo de 470 nF.

5

 Cerámico "de lenteja" o "de disco". Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color. Aquí abajo vemos unos ejemplos de condensadores de este tipo.

V. PROCEDIMIENTO PRUEBA DE CONDENSADORES 1.1 Usamos el multímetro analógico en la función de Ohmímetro y colocamos el Selector de Rangos a la posición R x 100. Esta escala es la adecuada para comprobar el estado del condensador proporcionado. Conectando el condensador según la FIG. 1 (a). Al conectar las puntas de prueba con el condensador, la aguja del multímetro debe de flexionar 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)

6

VARIACIÓN DEL VOLTAJE EN EL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA Y DESCARGA ¡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)

1.2 Armando el circuito de la FIG. 3. Fuente Voltímetro Digital DC 10V

10KΩ

b

Cable Conector

C=2,200µF

a

FIG.3

1.3 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. TABLA

I

VARIACIÓN DEL VOLTAJE DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA

t (seg)

0

Vc (medido)

0.06v

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

tTotal

=140 3.75v 5.82v 7.16v 8.04v 8.59v 8.98v 9.22v 9.39v 9.48v 9.56v 9.61v 9.65v 9.74v

1.4 Retire el cable conector del punto “a”. Tome nota de lo que indica el voltímetro. 1.5 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

Vc (medido)

9.75v

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

tTotal

= 300 6.07v 3.99v 2.63v 1.77v 1.21v 0.84v 0.58v 0.42v 0.30v 0.22v 0.16v 0.13v 0.08v

* Teóricamente: tTotal de carga = tTotal de descarga Nos damos cuenta verificando teóricamente que la cantidad total de carga y descarga son iguales, para un mismo intervalo de tiempo.

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1.6 Trazar las curvas características de voltaje en función del tiempo para la carga y descarga del condensador.

GRAFICA DE VOLTAJE EN FUNCION DEL TIEMPO PARA LA CARGA

v

v

GRAFICA DE VOLTAJE EN FUNCION DEL TIEMPO PARA LA DESCARGA

15

6

10

4 5

2

0

0 0

100

200

300

400 t(s)

0

100

200

300

400t(s)

CORRIENTE DURANTE LA CARGA Y DESCARGA DEL CONDENSADOR Amperímetro Digital DC

Fuente

FIG.4

10V

10KΩ

Cable Conector

C=2,200µF

1.7 Arme el circuito de la FIG. 4 . Asegúrese que el condensador se halla completamente descargado. No conecte el cable conector. 1.8 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,

TABLA

tTotal segundos.

III

VARIACIÓN DE LA CORRIENTE DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA

t (seg)

0

10

Ic (medido)

1

0.63 A

20

30

0.41 0.28 A A

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0.18 A

0.12 A

0.08 A

0.06 A

0.05 A

0.03 A

23 mA

16 mA

14 mA

8

tTotal =300 7 mA

1.9 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) Ic (medido)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0

0.63 A

0.43 A

0.28 A

0.19 A

0.12 A

0.08 A

0.05 A

40 mA

29 mA

20 mA

15 mA

11 mA

tTotal = 2 mA

CURVA CARACTERISTICA DE CORRIENTE EN FUNCION DEL TIEMPO PARA LA DESCARGA

CURVA CARACTERISTICA DE CORRIENTE EN FUNCION DEL TIEMPO PARA LA CARGA

I(A)

I(A)

1.10 Trazar las curvas características de corriente en función del tiempo para la carga y descarga del.

0.8

1.5

0.6

1

0.4 0.5

0.2

0

0 0

100

200

300

400 T(s)

0

100

200

300

400 T(s)

VOLTAJES EN UN CIRCUITO SERIE CON CONDENSADORES 1.11 Arme el circuito mostrado en la FIG. 5, descargando previamente los condensadores, y encienda la fuente. Fuente

10KΩ

10V

C1=2,200µF C2=1,000µF

1.12 Utilizando el voltímetro digital observe como varían los voltajes en los condensadores y la resistencia, ¿cuál crece y cuál decrece?. Al realizar la mediciones correspondientes nos damos cuenta que el voltaje del condensador uno aumenta a medida que el voltaje del condensador dos disminuye. El voltaje de la fuente permanece constante.

9

1.13

Tome nota de los voltajes establecidos finalmente en la resistencia y los condensadores.

TAB L A

V

Vresistencia

11 uV

VC1 VC2

3.86V

Vfuente

10V

6.14V

1.14 ¿Qué relación observa entre los voltajes establecidos en los condensadores y sus capacidades?. Explicar teóricamente. La corriente por un conductor es un flujo orientado de cargas eléctricas .Si un capacitor es conectado a una fuente de corriente continua, este recibe carga eléctrica. El valor de la carga almacenada se obtiene multiplicando la corriente entregada por la fuente por el tiempo durante el cual la fuente estuvo conectada al capacitor .Entonces: Q= I X T (carga=corriente x tiempo) donde:  Q: está en coulumbios  I:está en amperios  T:está en segundos Experimentalmente se puede comprobar que la carga almacenada en un capacitor es dir4ectamente proporcional al voltaje aplicado entre sus terminales. Entonces: Q= C X V (carga=capacidad x voltaje)  Q: está en coulumbios  C:está en faradios  V:está en voltios Igualando la última ecuación con la primera se tiene que Q= I x t =Cx V, despejando V= I x t/C Si se mantiene el valor de la corriente “I” constante y como el valor de “C” también es constante, el voltaje “V” es proporcional al tiempo. Entonces se puede decir. Cuando un capacitor se carga a corriente constante, el voltaje entre sus terminales es proporcional al tiempo de carga.

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VI. CUESTIONARIO 1. Defina que es un condensador y explique cómo está constituido.

Un condensador eléctrico (también conocido frecuentemente con el anglicismo capacitor, proveniente del nombre equivalente en inglés) es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por la permitividad eléctrica del vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. 2. Describa un como está construido un condensador electrolítico y cuales son sus usos.

Los condensadores electrolíticos de aluminio se construyen a partir de dos tiras de aluminio, una de las cuales está cubierta de una capa aislante de óxido un papel empapado en electrolito entre ellas. La tira aislada por el óxido es el ánodo, mientras el líquido electrolito y la segunda tira actúan c o m o c á t o d o , Esta pila se enrolla sobre sí misma, ajustada c o n d o s conectores pin y se encaja en un cilindro de aluminio. Son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente alterna pero no corriente continua. Los condensadores electrolíticos pueden tener mucha capaci t a n c i a , permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia. 3. Qué parámetros se debe especificar cuando se desea comprar un condensador?

Antes de comprar debemos conocer el voltaje en la que se va conectar y también la capacitancia en 𝜇𝐹, ver el material si es de cerámico, plástico o aluminio, el rango de temperatura en Celsius, tolerancias, Valor capacitivo Tolerancia, tensión máxima de trabajo, Frecuencia de, resonancia propia, factor de disipación Coeficiente de temperatura, resistencia equivalente en serie resistencia de aislación, Inductancia parásita, Rigidez dieléctrica, absorción del dieléctrico, tensión de formación (para electrolíticos de aluminio) etc. 4. Se puede hacer la prueba de un condensador con el ohmiómetro digital? Cómo?

Si es posible probar un condensador, para realizar la prueba de tu capacitor el multímetro debe colocarse en ohmetro en una escala baja (por ejemplo, para medir 200 ohms) y deberás descargar el capacitor Primero, se colocan las puntas del multímetro en las terminales del capacitor (no importan su polaridad), la aguja del multímetro deberá subir rápidamente y después bajar. Después, intercambia las puntas del multímetro para repetir la medición con la polaridad inversa, la aguja deberá subir y bajar nuevamente; si es así el capacitor funciona correctamente 5. En su experimento, qué función cumple el resistor de 10 K colocado en el circuito de carga del condensador?

La función que cumple el resistor de 10k es de disminuir el potencial para que el capacitor reciba un potencial de acuerdo a su voltaje de funcionamiento y no se malogre o explote.

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6. Cómo podría hacer para que la carga del condensador de 2200 F sea más lenta? O más rápida?

La carga depende de la intensidad de corriente, la cual circula por el circuito y a la vez de otros componentes, como la resistencia, la cual hacen que pueda variar la carga del condensador, teniendo como resultado una carga rápida o una carga lenta , entonces para que sea más lenta la capacidad eléctrica tiene que ser mayor a 2200uf y para que sea más rápido la capacidad eléctrica tiene que ser menor a 2200uf. 7. Calcule teóricamente el voltaje en su condensador en el instante t = 40 s y compárelo con el valor obtenido en su tabla I.

−𝑡 𝑅𝐶

𝑉𝑐 =𝑉𝑖𝑛 [ 1 − 𝑒 ] En lo Teórico:

𝑉

- 𝑖𝑛 = 10V

Ω -C= 2200𝜇 F -R= 10k -t= 40s

⇒ 𝑉𝑐 =10V [ 1 − 𝑒

−40𝑠 (10𝑥103 )𝑥(2200𝑥10−6 ) =8.376793V

]

En la práctica:

𝑉𝑐 =8.

V Los valores se asemejan, con una variación en los decimales. 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. TABLA

I

VARIACIÓN DEL VOLTAJE DE LA RESISTENCIA DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA 0

VR (medido)

9.94v

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

tTotal

=140 6.25v 4.18v 2.84v 1.96v 1.41v 1.02v 0.78v 0.61v 0.52v 0.44v 0.39v 0.35v 0.26v

GRAFICO 12 10 8

Vr

t (seg)

6

4 2 0 0

20

40

60

80

Tiempo (s)

12

100

120

140

160

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

Teóricamente el voltaje del condensador es: Vc=ε (1−e−t / RC) Teóricamente el voltaje del condensador (Vc) es igual al voltaje de la fuente (ε) entonces: 1=e−t / RC …. ec (2) Donde: La resistencia (R) es 10KΩ La capacitancia (C) es 2200 μF; lo remplazamos en la ecuación 2 t ≈120s lo cual lo hace un tiempo infinito para el condensador.

10. En la práctica, le resultó igual el tiempo de carga al tiempo de descarga? A qué se debe esto?

Se debe a que almacena una cierta cantidad de energía en un determinado tiempo lo cual al descargarse empleara el mismo tiempo requerido 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 conectados en serie? Que a medida que el voltaje de un condensador aumenta el otro disminuye respecto al tiempo tomado, mientras que el voltaje de total permanece constante. 1.15 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.

Fuente

Amperímetro DC

I = 1 mA

10KΩ FIG.2

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VII. CONCLUSIONES  Realizamos la conexión de los instrumentos para la protección de ellos mismos.  A través del siguiente trabajo pudimos dar cuenta sobre ciertas cosas, por ejemplo que la relación entre el tiempo y 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.  Los valores de la constante t, el valor que esa tendría que tomar en forma teórica con los valores del condensador y de la resistencia difiere del valor que se tomo en la forma práctica, esto se debe a que se pudieron representarse 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 del voltímetro, o por razones que simplemente no podemos certificar.

VIII. BIBLIOGRAFIA     

http://es.wikipedia.org/wiki/ http://www.unicrom.com http://www.shopextech.com/ http://taller.tagabot.org/index.php/Arduino/Armada http://es.wikipedia.org/wiki

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