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Universidad Tecnológica de Panamá Facultad De Ingeniería Civil

Laboratorio De Ingeniería Eléctrica Aplicada 2.1 EXP N°13 Voltaje y Corriente en CA I (TEORICO)

Aníbal J. González M. 8–893–1282

1IC–137 grupo A

Ing. Ángel Hernández Fecha De Entrega: Jueves, 8 de febrero de 2018

2:00pm a 5:55 pm

Introducción En este laboratorio nos enfocamos en el estudio de la onda senoidal de corriente alterna, además de entender los conceptos de frecuencia, ciclo y periodo. En adición a esto, veremos la potencia instantánea y media, y aprenderemos lo que son los valores efectivos de corriente y voltaje de la c-a. Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación sinusoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. Cuando se habla de voltaje alterno, se podría decir que se trata de un voltaje en cd que cambia en una forma continua su valor y su polaridad.

Conclusión o Recomendaciones  La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o Hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.  Una frecuencia de línea es el número de veces que se produce un cambio completo en la polaridad o sentido (un ciclo) en un segundo.  De todas las ondas que se pueden obtener (ondas cuadradas, triangulas y en cualquier otra forma), por los voltajes alternos que invierten periódicamente su polaridad, hay una clase de ondas de formas que es la apropiada para hacer funcionar maquinaria eléctrica, ésta es la “Onda Senoidal”. Con esta clase de onda los transformadores, motores y generadores, trabajan más eficiente y silenciosamente.  Siempre una onda senoidal de voltaje produce una onda senoidal de corriente.

Bibliografía  EXPERIMENTOS CON EQUIPO ELECTRICOS (WILDI Y DE VITO).

Anexo 1 Cálculos Y Gráficas Del Procedimiento (Problemas de la pág. 13-3 a la pág. 13-5) Problema 1 – Figura (13-1) Suponga que el generador de c-a de la Figura (13-1) tiene una salida de onda senoidal en sus terminales A y B. El valor pico del voltaje de salida es 100 volts. a) En la gráfica de la figura 13-2, trace la onda senoidal del voltaje a intervalos de 15° (empezando desde 0° hasta 360°). b) Trace una curva continua que pase por lo puntos graficados e identifique esta curva de voltaje con la letra “e”. Problema 2 – Figura (13-1) De acuerdo con la gráfica que hizo, lea los valores de voltaje instantáneo (v) de cada uno de los siguientes ángulos. Anote las lecturas e indique si la polaridad es positiva o negativa. Rotación Angular 20° 40° 80° 220° 310° 350°

Amplitud de onda 0.34 0.64 0.98 0.64 0.76 0.17

Voltaje Solicitado +34 +64 +98 -64 -76 -17

Problema 3 – Figura (13-3) Si una resistencia de carga de 2 ohms se conecta a las terminales del generador (como se indica en la Figura 13-3), se tendrá un flujo de corriente. Si se conoce la polaridad del voltaje instantáneo y el valor de e cada 30° (tomado de la sección de la EXPOSICIÓN) y, aplicando la ecuación i =e/R, calcule y anote el valor de la corriente instantánea cada 30°. Recuerde que también debe indicar la polaridad de la corriente (su sentido).

 Angulo 30°  Angulo 60°  Angulo 90°  Angulo 120°  Angulo 150°  Angulo 180°  Angulo 210°  Angulo 240°  Angulo 270°  Angulo 300°  Angulo 330°  Angulo 360°

Problema 4 - Figura (13-2) Marque los valores de la corriente en la gráfica. Luego trace una curva continua a través de estos puntos y marque esta curva de corriente con la letra “i”.

Problema 5 – Figura (13-3) Considerando que la potencia eléctrica (watts) es el producto del voltaje por la corriente, calcule la potencia instantánea (p) suministrada a una resistencia de 2 ohms, cada 30°.  Angulo 0° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (0) (0) = 0 𝑊  Angulo 30° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (50 𝑉) (25 𝐴) = 1250 𝑊  Angulo 60° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (86.60 𝑉) (43.30 𝐴) = 3750 𝑊  Angulo 90° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (100 𝑉) (50 𝐴) = 5000 𝑊  Angulo 120° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (86.60 𝑉) (43.30 𝐴) = 3750 𝑊  Angulo 150° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (50 𝑉) (25 𝐴) = 1250 𝑊  Angulo 180° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (0) (0) = 0 𝑊  Angulo 210° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (−50 𝑉) (−25 𝐴) = 1250 𝑊  Angulo 240° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (−86.60 𝑉) (−43.30 𝐴) = 3750 𝑊  Angulo 270° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (−100 𝑉) (−50 𝐴) = 5000 𝑊  Angulo 300° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (−86.60 𝑉) (−43.30 𝐴) = 3750 𝑊  Angulo 330° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (−50 𝑉) (−25 𝐴) = 1250 𝑊  Angulo 360° 𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑖 = (0) (0) = 0 𝑊 Problema 6 – Figura (13-2) Marque los puntos de la potencia instantánea en la misma grafica (use la escala derecha, o5000 watts). Luego trace una curva continua por los puntos marcados e identifique esta curva de potencia con la letra “p”.

Grafica de los problemas (1, 4, 6)

Anexo 2 Cálculos, solución y gráficas de las pruebas de conocimientos (Páginas 13-5 a la 13-6) 1. Se considera que un ciclo completo se extiende a lo largo de 360°. a) En un sistema de 50 Hz, ¿Cuál es la duración de un ciclo completo?  R: 50 ciclos por segundo [0,02] b) ¿Cuál es la duración de medio ciclo?  R: 25 ciclos por segundo [0,01] c) ¿Cuánto tiempo dura un intervalo de 90°?  R: 12,5 ciclos por segundo [0,005] 2. En el espacio proporcionado a continuación, dibuje la forma de onda de una línea de alimentación estándar de 120 V c-a. en el dibujo indique el número exacto de ciclos que se producen durante 1/10 de segundo.

Como sabemos que sesenta ciclos suceden en un segundo, establecemos lo siguiente:

El número exacto de ciclos que obtendremos será 6 ciclos. 3. La línea de alimentación estándar tiene un valor rmc de 120V. Calcule su valor pico.

4. Una lámpara incandescente de 100 watts da cierta cantidad de luz cuando se conecta a una línea de 120V c-a. ¿aumentara, disminuirá o permanecerá igual sus brillantes cuando la misma lámpara se conecte a una línea de 120V c-d? Explique su respuesta.  R: Aumentará los brillantes, ya que la potencia es directamente proporcional con el voltaje, y el voltaje al ser mayor que la potencia, la potencia aumentará. 5. ¿Cuánto tiempo se necesita para que el voltaje pase de cero al máximo en una línea de energía de 60 Hz?  R: En un sistema de 60 Hz (un ciclo se completa cada 360°), si en 90 grados, el voltaje pasa de cero al máximo como pudimos observar en la figura (13-1), entonces el tiempo que se necesita para que el voltaje pase de cero al máximo en una línea de energía de 60 Hz, es:

6. En una línea de alimentación de 60 Hz, ¿Cuál es la duración de la porción positiva de un ciclo completo?  R: Son 30 ciclos que equivalen a 0.008333 segundos 7. ¿Cuál es el valor efectivo de una onda sinodal de c-a que tiene un valor máximo de 4 amperes de pico?

8. Explique con sus propias palabras lo que significan los términos: corriente efectiva y voltaje efectivo.  R: Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia. 9. ¿Qué otro termino que tenga el mismo significado se utiliza para voltaje efectivo o corriente efectiva?  R: Voltaje rms y corriente rms, (raíz media cuadrática). 10. En un circuito de c-a que contiene una carga de resistencia: a. ¿llega la corriente a su valor máximo de pico en el mismo instante que el voltaje? R: Sí, y esto lo podemos comprobar al ver la Figura 13-2. b. ¿llega la corriente a su valor mínimo en el mismo instante que el voltaje? R: Sí, y esto lo podemos comprobar al ver la Figura 13-2. 11.En una onda sinodal: i. Indique el ángulo o ángulos en que la amplitud aumenta a mayor velocidad. R: 90 y 270 grados. ii. Indique el ángulo o ángulos en que es momentáneamente constante la amplitud. R: 0, 180 y 360 grados