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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: 2.1 EXP N° 13 NOMBRE DE LABORATORIO: “VOLTAJE Y CORRIENTE CA I (TEORICO)” NOMBRE: JOHANNA PÉREZ CEDULA: 8-922-804 GRUPO: 1AA-131 NOMBRE DEL INSTRUCTOR: ANGEL HERNANDEZ FECHA DE ENTREGA: 11-5-2018 HORA DE ENTREGA: VIE-2:30-4:05 pm VIE-4:10-5:45 pm (CAMBIO)

 INTRODUCCIÓN La corriente alterna se usa principalmente para impulsar motores y dar energía a aparatos eléctricos. Como su nombre lo indica, el voltaje alterno es aquel que cambia continuamente su polaridad y la corriente alterna invierte continuamente su sentido es decir que primero lo toma en un sentido y luego invierte y lo hace en el otro sentido. El numero de veces que se produce un cambio de completo de polaridad o sentido es decir un ciclo; en segundo, se conoce como frecuencia de línea. La teoría y la practica ha demostrado que solo hay una clase o forma de onda que se desee para el voltaje que es la onda senoidal. Con esta los transformadores, motores y generadores trabajan mas eficiente y silenciosamente. El voltaje producido por un generador principia con valor cero; cuando el inducido gira, el voltaje aumenta a un valor máximo en un sentido, y luego disminuye hasta que nuevamente llegue a 0. Y como se mencionó al llegar el voltaje a 0 la polaridad invierte su sentido hasta nuevamente legar al nivel máximo.

 OBJETIVO    

Estudiar una onda senoidal de corriente alterna. Entender los conceptos de frecuencia, ciclo y periodo. Estudiar la potencia instantánea y media. Aprender lo que son los valores efectivos de corriente y voltaje de la CA.

 ANEXO #1 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”.

2. 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°

VOLTAJE INSTANTAEO +34 +64 +98 -64 -76 -17

3. Si una resistencia de carga de 2 ohm 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) R// Ángulo 30°

ⅇ 50 V ⅈ= = =25 A R 2Ω Ángulo 60º

ⅇ 86.60V ⅈ= = =43.3 A R 2Ω Ángulo 90°

ⅇ 100 V ⅈ= = =50 A R 2Ω Ángulo 120°

ⅇ 86.60V ⅈ= = =43.3 A R 2Ω Ángulo 150°

ⅇ 50 V ⅈ= = =25 A R 2Ω Ángulo 180°

ⅇ 0V ⅈ= = =0 A R 2Ω Ángulo 210°

ⅇ −50V ⅈ= = =−25 A R 2Ω Ángulo 240°

ⅇ −86.60 V ⅈ= = =−43.3 A R 2Ω Ángulo 270°

ⅇ −100V ⅈ= = =−50 A R 2Ω Ángulo 300°

ⅇ −86.60 V ⅈ= = =−43.3 A R 2Ω Ángulo 330°

ⅇ −50V ⅈ= = =−25 A R 2Ω Ángulo 360°

ⅇ 0V ⅈ= = =0 A R 2Ω 4. 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”. 5. 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 ohm, cada 30°. Ángulo 0°

P=ⅇ ×ⅈ=( 0V )( 0 A ) =0 W Ángulo 30°

P=ⅇ ×ⅈ=( 50 V ) ( 25 A )=1250 W Ángulo 60°

P=ⅇ ×ⅈ=( 86.6V )( 43.3 A )=3750 W Ángulo 90°

P=ⅇ ×ⅈ=( 100 V ) ( 50 A )=5000 W Ángulo 120°

P=ⅇ ×ⅈ=( 86.6V )( 43.3 A )=3750 W Ángulo 150°

P=ⅇ ×ⅈ=( 50 V ) ( 25 A )=1250 W Ángulo 180°

P=ⅇ ×ⅈ=( 0V )( 0 A ) =0 W Ángulo 210°

P=ⅇ ×ⅈ=(−50 V ) (−25 A )=1250 W Ángulo 240°

P=ⅇ ×ⅈ=(−86.6 V )(−43.3 A )=3750 W Ángulo 270°

P=ⅇ ×ⅈ=(−100 V ) (−50 A )=5000 W Ángulo 300°

P=ⅇ ×ⅈ=(−86.6 V )(−43.3 A )=3750 W Ángulo 330°

P=ⅇ ×ⅈ=(−50 V ) (−25 A )=1250 W

Ángulo 360°

P=ⅇ ×ⅈ=( 0V )( 0 A ) =0 W

6. 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”.

Gráfica para problemas 1, 4, 6

7. Examine la curva de la potencia que acaba de trazar y responda a las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es la máxima potencia instantánea (de pico) suministrada a la carga? Pmáx=5000Watts b) ¿Cuál es la mínima potencia instantánea suministrada a la carga? Pmin=0

c) ¿Cuál cree que es la potencia media (potencia que la resistencia de carga disipará en forma de energía calórica) suministrada a la carga? PRL= (Pmáx+Pmín)/2; (5000+0)/2= 2500Watts. 8. Suponga ahora que desee aplicar la misma potencia a la resistencia de carga de 2 ohms utilizando una batería en lugar del generador de CA. ¿Qué voltaje de CD directa necesitara? R// Como conoce la potencia requerida y sabe el valor de la resistencia de carga, podrá resolverlo. Si se despeja E en la ecuación ya conocida de la potencia (P=E 2/R), E2= PR

E=√ PR E=√ (2500 )( 2 ) E=70.71V . encontrará la respuesta de 70.7V CD. Ahora puede establecer que el valor efectivo o rmc del voltaje en CA es 70.7V, a pesar de que su valor de pico es 100V. Nota: esta relación de 1 a 0.707 es muy útil, ya que facilita la conversión del voltaje pico de CA a su valor efectivo o rmc. 9. Si desea proporcionar la misma potencia utilizando, una batería y quiere saber la cantidad de corriente en CD necesitaría, tendría que emplear la ecuación de la potencia (P=I 2R) y despejar I. la respuesta es 35.35A CD. Esta cifra es el valor efectivo o rmc de una corriente alterna cuyo valor de pico es 50A. P=I2R I2= P/R

I =√ P/ R I =√ ( 2500 ) / ( 2 ) I =35.35 A . Nota: esta relación de 1 a 0.707 usada para la conversión de voltaje es igual a la que se emplea para la conversión de corrientes. (50 a 35.35 = 1 a 0.707). 10. La conversión para convertir cualquier valor de pico de corriente o voltaje de onda senoidal a su valor equivalente rmc o efectivo, es: Ermc= 0.707 Epico Irmc= 0.707 Ipico

 ANEXO # 2 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

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? 50 ciclos por segundo [0,02] b) ¿Cuál es la duración de medio ciclo? 25 ciclos por segundo [0,01] c) ¿Cuánto tiempo dura un intervalo de 90°? 12,5 ciclos por segundo [0,005] 2. en el espacio proporcionado a continuación, dibuje la forma e la onda de una línea de alimentación estándar de 120V CD. En el dibujo, indique el numero exacto de ciclos que se producen durante 1/10 de segundo.

x 60 = 0.10 1 x=

( 60 ) ( 0.10 ) 1

x=6 ciclos 3. La línea de alimentación estándar tiene un valor rmc de 120V. Calcule su valor pico. R// VP ⅈco=

V Γ m ⅇ 120 V = =169.731V 0.707 0.707

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. cuanto tiempo se necesita para que el voltaje pase de 0 al máximo de una línea de energía de 60Hz. 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:

t 1/60 = 40 3600

t=

( 1/60 )( 90° ) =0.00416 7 360

6. En una línea de alimentación de 60 Hz, ¿Cuál es la duración de la porción positiva de un ciclo completo? R// en una duración de porción positiva de un ciclo completo muestra que 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? R// I Γ mc=( I pi co ) ( 0.707 )=(4 A)(0.707)=2.828 A 8. Explique en sus propias palabras lo que significan los términos corrientes efectiva y voltaje efectivo. R// Los equipo utilizados para tomar la lectura en los circuitos de CA, miden el valor efectivo o la raíz cuadrática media (RCM) del voltaje y la corriente; siempre sus valores serán positivos. Esto quiere decir que en la corriente efectiva y voltaje efectivo, produce el miso efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa. 9. ¿Qué otro termino que tenga el mismo significado se utiliza para voltaje efectivo o corriente efectiva? R // Voltaje rcm y corriente rcm, o voltaje eficaz y corriente eficaz.

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? Sí, y se verifica al ver la Figura 13-2. b) ¿Llega la corriente a su valor mínimo en el mismo instante que el voltaje? Sí, y se verifica al ver la Figura 13-2.

11. En una onda sinodal: a) Indique el ángulo o ángulos en que la amplitud aumenta a mayor velocidad. 90 y 270 grados. b) Indique el ángulo o ángulos en que es momentáneamente constante la amplitud. 0, 180 y 360 grados

 CONCLUSIÓN Si se sabe que la corriente alterna se produce al hacer girar una bobina con movimiento circular uniforme en un campo magnético homogéneo.  La corriente alterna también se rige por leyes como ley de Ohm.  En un circuito de CA existen resistores, inductores y capacitores.  La potencia en CA es distinta a CC. los motores basan su funcionamiento en la obtención de un campo magnético giratorio. De forma similar a los motores de corriente continua, los de alterna están constituidos por una parte fija denominada estátor o inductor, dotado de las bobinas generadoras del campo magnético, y por un rotor o inducido, también llamado armadura.

 BIBLIOGRAFÍA Experimentos con equipos eléctricos Wildi y de Vito.