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• Johanna J. Pérez Ducasa

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LICENCIATURA EN INGENIERÍA AERONAÚTICA LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRICA, NUMERO DE LAB: 1.8 EXP N° 9 NOMBRE DE LABORATORIO: “POTENCIA EN CIRCUITOS DE CD PARTE II (EXPER)” NOMBRE: JOHANNA PÉREZ CEDULA: 8-922-804 GRUPO: 1AA-131 NOMBRE DEL INSTRUCTOR: ANGEL HERNANDEZ FECHA DE ENTREGA: 18-5-2018 HORA DE ENTREGA: VIER-2:30-4:05 pm VIER-4:10-5:45 pm (CAMBIO)

❖ INTRODUCCIÓN La potencia eléctrica de un circuito CD se puede encontrar utilizando la ecuación: P=E×I;

P=I2R;

P=E2/R

Y luego de allí solo se debe despejar las fórmulas para obtener el resultado. Por lo tanto la potencia se puede calcular de cualquier circuito de CD. La ley de la conservación de la energía requiere que la potencia disipada por cualquier numero de elementos de resistencia, sea igual a la potencia proporcionada por la fuente. Cuando la energía eléctrica llega a una resistencia, esta se convierte inmediatamente en calor, con el resultado de que la resistencia se calienta. Para mantener la temperatura aceptable, las resistencias deben disipar grandes cantidades de potencia ya que si disipan menos potencia tendrán dimensiones más reducidas. Como se observará, es evidente que la resistencia no dependerá de su valor sino, exclusivamente de la potencia que disipe.

❖ OBJETIVO ➢ Determinar la potencia disipada en un circuito resistivo de c-d ➢ Demostrar que esta potencia se puede encontrar mediante tres métodos diferentes.

❖ ANEXO #1 Cálculos de problemas del 1- 15. 1. Examine las resistencias 300, 600 y 1200 ohms, en el módulo de resistencias EMS 8311. a) Escríbalas de acuerdo con su orden de capacidad para disipar calor. P=E2/R P300Ω=120V2/300Ω P300Ω=48 W P=E2/R P600Ω=120V2/600Ω P300Ω=24 W P=E2/R P1200Ω=120V2/300Ω P1200Ω=12 W *El orden seria la resistencia de 300 Ω con una potencia de 48 W, le sigue la de 600 Ω con 24 W, y por último la de 1200 Ω con 12 W. b) ¿Cuál resistencia puede manejar con seguridad mayor potencia? P=E2/R P300Ω=120V2/300Ω P300Ω=48 W + La de 300 Ω porque es la menor resistencia. 2. Conectar el circuito de la figura 9.1.

3. Conecte la fuente de energía. Haga girar la perilla de control de voltaje de salida hasta que el voltímetro de R1 indique 120Vc-d. mida la corriente que pasa por R1. Por LEY DE OHM. V=I/R I=V/R I=120V/300 Ω I=0.4 A. 4. Deje que el circuito funcione durante 3 minutos aproximadamente. Mientras tanto, calcule y escriba la potencia que disipa R1. P=IXR

IR1 0.2 A X ER1 120 V= PR1=24 W. 5. Calcule las Btu que disipa R1 por ahora. 3.43 X W=Btu. 3.43. X 24 W= 83.32 Btu. 6. Cambie el valor de R1 a 600. Repita los procedimientos 2 y 3. Por LEY DE OHM. V=I/R I=V/R I=120V/600 Ω I=0.2 A. 7. Calcule la potencia que disipa R1 (600 ohms), utilizando las 3 ecuaciones dadas en la sección de la exposición. 1. P=E X I P=120 V O.2 I= 24 W 2. P=I2XR P=0.2A 2X300Ω P=24 W 3. P=E2/R P=120V2/600 Ω P= 24 W ¿coinciden todos los resultados? Si. Explique su respuesta. Debido que todas las fórmulas forman parte del mismo circuito y por lo tanto deben coincidir, además esas fórmulas guardan relación. 8. Conecte el circuito como se ilustra en la figura 9-2.

9. Conecte la fuente de energía, ajuste el voltaje de 90 V de dicha fuente. a) Mida y anote la corriente I y el voltaje E en R1. Requivalente=200 Ω+300 Ω+400 Ω.

c-d,

según la lectura del voltímetro

Requivalente=900 Ω. Por ley de ohm. V=I*R. I=V/R I=90 V/900 Ω I=0.1 A. I MEDIDA I= 0.1 A Por ley de ohm. ER1=IR*R1 ER1=0.1 A * 200 Ω. ER1=20 V ER1 MEDIDA. ER1=20.3 V b) Desconecte los cables de voltímetro de R1 y conéctelos a R2. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje a 90 V C-d tomando esta lectura en el voltímetro de la fuente de alimentación. Mida el voltaje aplicando a R2. Por ley de ohm. (se tiene que la corriente es 0.1 A) Calculada. ER2=I*R ER2=(0.1A)(300Ω). ER2=30V. E medida. ER2= 30.9 V. c) Repita(b), midiendo en esta ocasión el voltaje R3. Calculada. ER3=I*R ER3=(0.1A)(400Ω). ER3=40V. E medida. ER2= 39 V. 10. Calcule la potencia que se disipa en cada resistencia utilizando la ecuación (1), P=EI. Determine la potencia total disipada sumando las 3 potencias disipadas individualmente. Encuentre la potencia suministrada. a) PR1= ER1 * IR1. PR1= 20.3 V * 0.1 A PR1=2.03 W b) PR2= ER2 * IR2. PR2= 30.9 V * 0.1 A PR2=3.09 W c) PR3= ER1 * IR1. PR3= 39. V * 0.1 A PR3=3.9W

d) Potencia total disipada. Pd= PR1+ PR2+ PR3 Pd=2.03 w+3.09w+3.9w Pd= 9.02 W e) PS=ES*Is PS=90.2 V* 0.1 A PS= 9.02 W. ¿Concuerdan (d) y (e)? Si concuerdan, por la similitud de sus fórmulas, las cuales son derivadas de estas, en este caso sería como un ciclo ya que todas llegan al mismo lugar si son aplicadas correctamente. 11. Determinar las potencias de la figura 9-3.

12. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje a 120 Vc-d guiándose por las lecturas tomadas en el voltímetro de la fuente. Mida y anote la corriente. Calculada Requivalente=200 Ω+300 Ω+400 Ω. Requivalente=900 Ω. Por ley de ohm. V=I*R. I=V/R I=120 V/900 Ω I=0.13A. I MEDIDA I= 0.13 A Encuentre la suma de la potencia total suministrada. a. PR1= I2 * R1. PR1= 0.132A * 200Ω PR1=3.38 W

b. PR2= I2 * R2. PR2= 0.132A * 300Ω PR2=5.07 W c. PR3= I2 * R1. PR3= 0.132A * 400Ω PR3=6.76W d. Potencia total disipada. Pd= PR1+ PR2+ PR3 Pd=3.38 W+5.07 W+6.76W Pd= 15.2 W e. PS=ES*Is PS=120 V* 0.13 A PS= 15.6 W 13. Conecte el circuito de la figura 9-4.

Suponiendo que el voltaje de entrada es 90 V, calcule la potencia disipada en cada resistencia, así como el total de potencia disipada. POR LEY DE OHM voltaje en paralelo es igual. PR1= 90V/300Ω PR1=27 W PR2=90V/600Ω PR2=13.5 W PT= PR1+ PR2 PT= 27W+ 13.5 W PT= 40.5 W 14. Si se sabe que la potencia suministrada debe dar la potencia total PT y que el voltaje de la fuente es 90 V, calcule el valor de la corriente IT. IT=PT/E IT=40.5 W/90 V IT= 0.45 A 15. Conecte el miliamperímetro al circuito (como se indica en la figura 9-4), para medir la corriente total del circuito. ITmedida= 0.43 A. ¿concuerda el valor calculado con el valor medido? Aproximadamente sí.

Explique por qué: Debido a que las fórmulas se relacionan entre sí, además se pudo aplicar por otro método que es el divisor de voltaje, y además cuando se obtiene se saca la suma de ambas, otro método seria por ley de ohm, y si da lo mismo.

❖ ANEXO # 2 Prueba de conocimientos 1. Calcule la potencia disipada en cada resistencia, asi como la potencia total de cada uno de los circuitos de la figura 9-5.

R2 3Ω R1 1A

5Ω

R3

4A

6Ω 3A

R5

R6 10 Ω

50 V

4A

R8 R7 3A R9

10 Ω 8A

60 V a. 𝑃5𝛺 = 𝐼 2 × 𝑅1 = (4)2 × 5 𝑃5𝛺 = 80 W 𝑃3𝛺 = 𝐼 2 × 𝑅1 = (1)2 × 3 𝑃3𝛺 = 3 W 𝑃6𝛺 = 𝐼 2 × 𝑅1 = (3)2 × 6 𝑃6𝛺 = 54 W 𝑃𝑇 = 𝑃5𝛺 + 𝑃3𝛺 + 𝑃6𝛺 𝑃𝑇 = 80𝑊 + 3𝑊 + 54𝑊 𝑃𝑇 = 137 𝑊 b. 𝐼10𝛺 = 4𝐴 𝐼10𝛺 = 𝐼𝑅5 𝐼𝑅5 = 4 A 50𝑉 𝑅5 = 4𝐴 𝑅5 = 12.5 𝞨 𝑃𝑅5 𝛺 𝑃𝑅5 𝛺 𝑃𝑅5 𝛺 𝑃10𝛺 𝑃10𝛺 𝑃10𝛺

= 𝐼 2 × 𝑅5 = (4 𝐴)2 × 12.5 𝞨 = 200 𝑊 = 𝐼 2 × 𝑅6 = (4 𝐴)2 × 10 𝞨 = 160 𝑊

𝑃𝑇 = 𝑃12.5𝛺 + 𝑃10𝛺 𝑃𝑇 =360 W c. 𝑃10𝛺 = 𝐼 2 × 𝑅7 𝑃10𝛺 = (8)2 × 10𝞨 𝑃10𝛺 = 640 𝑊 𝑉𝑅8 = 𝑉𝑅9 𝑉𝑅8 = 𝑉𝑅9 = 60𝑉 R8= V/I R8= 60/3 R8= 20 𝞨 𝑃𝑅𝑠 = 𝐼 2 × 𝑅8 𝑃𝑅8 = (3)2 × 20 𝑃𝑅8 = 180 𝑊 𝐼𝑅9 = 𝐼𝑅7 − 𝐼𝑅8 𝐼𝑅9 = 8 A – 3 A 𝐼𝑅9 = 5 𝐴 R8= V/I R8= 60/5 R8= 12 𝞨 𝑃𝑅9 = 𝐼 2 × 𝑅9 𝑃𝑅9 = (5)2 × 12 𝑃𝑅9 = 300 𝑊

2. El alambre redondo de cobre, de calibre 12, tiene una resistencia de 1.6 𝞨 por mil pies. a) Calcule la potencia que se pierde en un conductor de alambre de cobre de calibre 12, de 200 pies de largo, que lleva una corriente de 10A. 1000 ft ------- 1.6 𝛺 200 ft ------- X 𝛺 200 × 1.6 𝑥= 1000 𝑥 = 0.32𝛺 𝑃 = 𝐼2 × 𝑅 𝑃 = (10)2 × 0.32 𝑃 = 32 𝑊

b) ¿Cuál es el voltaje entre los dos extremos del conductor de (a)? 𝑉 =𝐼×𝑅 𝑉 = 10 × 0.32 𝑉 = 3.2 𝑉

3. El devanado de campo en derivación de un motor de CD tiene una resistencia de 240 𝞨. Calcule la potencia que se pierde cuando el voltaje aplicado es 120V CD. 2

𝑃 = 𝑉 ⁄𝑅 (120)2 𝑃= 240 𝑃 = 60𝑊

4. Un fusible de 1A tiene una resistencia de 0.2 𝞨. Dicho fusible se fundirá “quemará” cuando la corriente que pase por el sea suficientemente grande. Para producir una perdida de potencia de 5Watts. ¿Cuál es el valor de esta corriente “de fusión”? 𝑃 = 𝐼2 × 𝑅 5 𝑊 = 𝐼 2 × 0.2 5 𝐼=√ 0.2 𝐼 =5𝐴

5. Una “conexión a tierra”, en la base de una torre de línea de trasmisión tiene una resistencia de 2 𝞨. a) Si un rayo de 20 000 A cae en dicha torre. ¿Cuál será la potencia disipada en la “tierra”? 𝑃 = 𝐼2 × 𝑅 𝑃 = (20000)2 × 2 𝑃 = 800000000 𝑊

b) ¿Cuál será la caída de voltaje en la “tierra” en el instante en que se produce el fenómeno descrito en (a)? 𝑉 =𝐼×𝑅 𝑉 = 20000 × 2 𝑉 = 40000 𝑉

6. Para elevar 1°F, la temperatura de una libra de agua se requiere un Btu. ¿Cuánto tiempo se necesita para calentar 100 libras de agua (en un tanque perfectamente aislado), de 70°F a 160°F, utilizando un elemento de resistencia de 12𝞨 conectado a una línea de 120V? I= 120 V/ 12𝞨 I= 10 A Ahora es necesario calcular la potencia P= I×V P= 12 A × 120𝑉 P= 1200 W

Se debe transformas los W en Btu/hrs En donde 1W= 3.412142 Btu/hrs 1200W=4094.5704 Btu/hrs (Btu que libera la resistencia por hora) 4094.5704 Btu 9000 Btu = 𝑥 (ℎ𝑟𝑠) 1 ℎ𝑟𝑠 900 Btu (1hrs) X(hrs)= 4094.5704 Btu

X(hrs)= 2.1980 hrs 1 hrs 2.1980 Btu = 𝑥 (𝑠𝑒𝑔) 36000 𝑠𝑒𝑔 2.1980 Btu(1hrs) X(seg)= 36000 𝑠𝑒𝑔

X(seg)= 79128 seg

7. Un motor de CD toma una corriente de 50 A a 230V. si se disipan 1 200W en forma de calor en dicho motor. ¿de cuanta potencia se dispone para el trabajo mecánico? 𝑉 =𝐼×𝑅 230 = 50 × 𝑅 230 𝑅= 50 𝑅 = 4.6 𝛺 𝑃 = 𝐼2 × 𝑅 𝑃 = (50)2 × 4.6 𝑃 = 11500 𝑊 𝑃𝑇 = 𝑃1 + 𝑃2 1200 𝑊 = 11500 𝑊 + 𝑃2 𝑃2 = 1200 𝑊 − 11500 𝑊 𝑃2 = 10300

❖ CONCLUSIÓN

la potencia eléctrica que se desarrollada en un cierto lapso de tiempo a consecuencia de un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Existen industrias encargadas a desarrollar una solución de sistemas de potencia que satisfaga las necesidades, sin importar la aplicación. Con la gama más amplia de la industria de grupos electrógenos diésel, grupos electrógenos de gas y de alquiler, interruptores de transferencia automática, sistemas de potencia ininterrumpida y equipos de conmutación; como: La agricultura, asistencia médica, construcción, minería, planta de tratamiento de aguas residuales, rellenos sanitarios, energía nuclear, energía renovable y más.

❖ BIBLIOGRAFÍA Experimentos con equipos eléctricos Wildi y de Vito.