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FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAQUINAS ELECTRICAS

CURSO

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS I CATEDRATICO Lic. Gutiérrez Atoche Egberto

PRACTICA DE LABORATORIO N° 04 CONEXIÓN SERIE-PARALELO.

DATOS PERSONALES Ramírez Mera Walter Enrique. Código: 085183-I

Ciclo: 2011-I

NOTA

LABORATORIO N° 04 CONEXIÓN SERIE-PARALELO I.OBJETIVO  Determinar las características de los circuitos eléctricos cuando los elementos están conectados en serie o en paralelo.

II.FUNDAMENTO TEORICO CONEXIÓN SERIE-PARALELO Un circuito en serie es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación (Figura 1). A.- Cuando en un circuito hay dos o más resistencias en serie, la resistencia total se calcula sumando los valores de dichas resistencias. Si las resistencias están en serie, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula:

n

Re 

R

i

i 1

(1)

Donde: Re: resistencia equivalente de la disposición, ohmios. Ri: resistencia individual i, ohmios. B.- En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas incandescentes o las celdas de una batería, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las resistencias implicadas. Si las resistencias están en paralelo, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula:

Re 

1 n

R i 1

(2)

1 i

Donde: Re: resistencia equivalente de la disposición, ohmios Ri: resistencia individual i, ohmios

Figura 1. Disposición de bombillas en un circuito en serie y un circuito en paralelo.

C.- RESISTENCIAS EN SERIE Dos o más resistencias en serie (que les atraviesa la misma intensidad) es equivalente a una única resistencia cuyo valor es igual a la suma de las resistencias.

RT = R1 + R2 D.- RESISTENCIAS EN PARALELO Cuando tenemos dos o más resistencias en paralelo (que soportan la misma tensión), pueden ser sustituidas por una resistencia equivalente, como se ve en la figura 14.

El valor de esa resistencia equivalente (RT) lo conseguimos mediante esta expresión:

Light Emiter Diode (Diodo emisor de luz) Si alguna vez ha visto, unas pequeñas luces de diferentes colores que se encienden y se apagan, en algún circuito electrónico, sin lugar a dudas ha visto el diodo LED en funcionamiento. El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica emite luz. Existen diodos LED de varios colores y estos dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo. Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LEd para obtener una buena intensidad luminosa. El LED tiene un voltaje de operación que vas 1.5V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular va de 10 mA en los diodos de color rojo y de entre 20mA y 40mA para los otros LEDs. Los LED tienen enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como son su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. Se presenta el símbolo que lo representa:

D1 LED1

D2 LED1 D3 LED1

Aplicaciones que tiene el diodo LED Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadores de cierta situación específica de funcionamiento: Ejemplos:    

Se utilizan para desplegar contadores Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente directa. Como sistema de señalización. Como el sintonizador de un aparato de radio.



Una disposición de siete LED en forma de ocho puede utilizarse para presentar cualquier número del 0 al 9. Esta disposición suele emplearse en calculadores y relojes digitales. R1 1k

+ V1 10V

D1 DIODE

III. EQUIPOS E INSTRUMENTOS  Dos Multitester: MARCA: tech MODELO: TM-135 MARCA: sangua MODELO: CD-800     

Una Fuente de poder. Un Protoboard. Seis Diodos LED de color: ROJO, VERDE y AMARILLO. Un Resistor de Carbón de 330Ω × ½ W. Resistores de Carbón y de distintos valores:

IV. PROCEDIMIENTO 1. Medir con el ohmímetro los valores de los resistores que vas a utilizar. 2. Conectar los tres resistores en serie y medir con el ohmímetro la resistencia equivalente. R1

R2

R3

1.489k

118.6k

4.58k

V1 +

3. Regular la fuente E a una tensión de…V (valor opcional), medir la corriente en el circuito, y el valor de la tensión en cada resistor y anótelos en la TABLA #01. Verificar, si se cumple la respectiva suma de tensiones en el circuito en serie. E = V1 + V2 + V3 4. Ahora en lugar de resistores conectar tres diodos emisores de luz (LED), además en serie un resistor de carbón de… Ω (para evitar que los diodos se quemen).

5. Medir la corriente en el ckto y la tesion que cae en cada elemento del mismo (TABLA #01), verificar si se cumple el paso 3. V1 = V (R) + V (D1) + V (D2) + V (D3) 6. Saque del circuito cualquier de los LED (circuito abierto), ¿Cuál es el valor de la corriente? 7. Armar el circuito en paralelo, para ello utilizar otros resistores. 2.18k

33.13k

8.28k +

8. Determinar la resistencia equivalente por el método utilizado en el paso 2.

9. Medir la tensión y las corrientes en cada rama del circuito (TABLA #03), verificar si se cumple: IT = I1 + I2 + I3 10. Coloque los LED en lugar de los resistores (asegurándose que cada diodo tenga, si es posible, un resistor de disipación de corriente).

11. Medir los valores de la corriente en cada diodo (TABLA #04) y comprobar el paso 9. IT = I1 + I2 + I3 12. Saque del ckto un LED que sucede con el resto del ckto, ¿Cuál es el valor de la corriente? Rpta: 0A. 13. Armar el ckto siguiente y determinar la corriente que pasa por cada elemento (TABLA #05). 3.26k

12 V +

9.90k

14.98k

V. CÁLCULOS Y RESULTADOS TABLA Nº 01 R1 R2 R3

R (Ω)

I (mA)

V (V)

1.489k 118.6k 4.58

0.11 0.11 0.11

0.179 14.36 0.556

Fuente: 15.11v Suma de voltaje: 15.095v

5.53k

TABLA Nº 02

R1 D1 D2 D3

R (Ω) 1.489

I (mA) 1.12 1.12 1.12 1.12

V (V)

1.673 1.847 1.864 1.857

Fuente: 8v Tensión equivalente: 7.241v

TABLA Nº 03

R1 R2 R3

R (Ω) 2.18K 33.13K 8.28K

I (mA)

V (V)

2.28 0.15 0.6

4.97 4.97 4.97

Resistencia equivalente: 1.6k Ω Corriente práctica: 3.05mA IT: 3.03mA

TABLA Nº 04

R1 D1 D2 D3

R (Ω) 3,26

I (mA) 1.227

V (V) 4

0.251 0.249 0.186

4 4 4

IT: 0.686mA

TABLA Nº 05

R1 R2 R3 R4

R (Ω)

I (mA)

8.2kΩ 1.5kΩ 2.2kΩ 1kΩ

1.69 0.53 1.69 1.15

Fuente: 10v

CUESTIONARIO 1.- CON LOS DATOS DE LA FUENTE Y LOS VALORES MEDIDOS DE LOS RESISTORES DETERMINE EL VALOR DE LA CORRIENTE, LA TENSIÓN DE CADA RESISTOR DE LA FIG. 01 Y COMPÁRELO CON LOS DATOS DE LA TABLA 01

La intensidad que circula se llamará I entonces: (por la 2 ley de kirchoff)

 TEORICO:

R1 R2 R3

R (Ω)

I (mA)

V (V)

1.498K 118.6 4.58

0.121 0.121 0.121

0.181 14.35 0.554

R (Ω)

I (mA)

V (V)

1.498 118.6 4.58

0.11 0.11 0.11

0.179 14.35 0.554

 EXPERIMENTAL:

R1 R2 R3

2.- CON LOS DATOS DE LA FUENTE Y LOS VALORES MEDIDOS DE LOS RESISTORES DETERMINE EL VALOR DE LA CORRIENTE TOTAL, LA CORRIENTE DE CADA RESISTOR DE LA FIG.02 Y COMPÁRELO CON LOS DATOS OBTENIDOS EN EL PASO 9. CONFECCIONE UNA TABLA.

Resistencia equivalente entre 2.18KΩ y 33.13KΩ:

Luego:  TEORICO:

R1 R2 R3

R (Ω) 2.18

I (mA)

V (V)

33.13 8.28

1.300 0.600 1.13

4.97 4.97 4.97

R (Ω)

I (mA)

V (V)

2.18 33.13 8.28

2.28 0.15 0.6

4.97 4.97 4.97

 EXPERIMENTAL:

R1 R2 R3

3.- ¿CUÁL ES LA MÁXIMA CORRIENTE QUE PUEDEN SOPORTAR LOS DIODOS LED.

El LED es un diodo que produce luz visible (o invisible, infrarroja) cuando se encuentra polarizado. El diodo LED de color rojo va de 10mA a 20mA y en los demás diodos LED va de 20mA a 40mA.

Color

Caída de tensión

Intensidad máxima

Intensidad media

( VLED ) V

( ILED ) mA

( ILED )mA

Rojo

1.6

20

5 – 10

Verde

2.4

20

5 – 10

Amarillo

2.4

20

5 – 10

Naranja

1.7

20

5 – 10

4.- ¿CÓMO EVITAS QUE EL DIODO LED NO SOPORTE MÁS DE LA CORRIENTE PERMITIDA?

Colocando en serie con el diodo una resistencia para evitar sobre CARGAS DE CORRIENTE. Lo cual provocaría que LED se queme. 5.- ¿SE PUEDE HABLAR DE INTENSIDAD DE CORRIENTE SIN QUE EXISTA VOLTAJE?

Si, en un cortocircuito el voltaje es 0 y si existe corriente (en cortocircuito) pero en otros casos se puede decir que según la ley de Ohm ---> V=RI, por lo tanto, no hay voltaje sin corriente o viceversa, una fuente de voltaje genera corriente y una fuente de corriente genera voltaje. 6.- ¿SE PUEDE HABLAR DE VOLTAJE SIN QUE EXISTA INTENSIDAD DE CORRIENTE?

Si, en un circuito abierto no existe corriente (corriente 0A) pero si existe voltaje. 7.- ¿QUÉ PASA SI SE CONECTA UN INSTRUMENTO DE MEDIDA CON LA POLARIDAD INVERTIDA? ANALICE LOS DOS CASOS (INSTRUMENTOS ANALÓGICOS E INSTRUMENTOS DIGITALES)

 En un multímetro digital hace la lectura respectiva negativa. Salvo en el caso de una resistencia que no tiene polaridad.  En un multímetro analógico no puede hacer la lectura, la aguja se mueve al revés. 8.- QUÉ ES UN CORTOCIRCUITO? HAGA UN ESQUEMA DEL MISMO. Un cortocircuito es voltaje cero, en circuito existen dos puntos separados tan solo por un conductor (cable) y sin ningún instrumento eléctrico.

El cortocircuito se produce normalmente por fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores aéreos por fuertes vientos o rotura de los apoyos. Debido a que un cortocircuito puede causar importantes daños en las instalaciones eléctricas e incluso incendios en edificios, estas instalaciones están normalmente dotadas de fusibles, interruptores magneto térmicos o diferenciales a fin de proteger a las personas y las cosas.

9.- QUÉ ES UN CIRCUITO ABIERTO? HAGA UN DIBUJO DONDE SE ILUSTRE DICHA SITUACIÓN.

Para que la electricidad fluya, tiene que haber un “camino” conductor y continuo entre el polo negativo y el polo positivo de la fuente de potencia (una batería, un receptáculo eléctrico, etc.). Un alambre roto o un interruptor abierto (apagado) ambos dejan huecos en el circuito e impiden que los electrones viajen de un lado de la fuente de potencia al otro. Por tal razón, los electrones no pueden fluir. Cuando ocurre esta situación se le llama un circuito abierto. Un circuito abierto es un circuito en el cual no circula la corriente eléctrica por estar éste interrumpido o no comunicado por medio de un conductor eléctrico. El circuito al no estar cerrado no puede tener un flujo de energía que permita a una carga o receptor de energía aprovechar el paso de la corriente eléctrica y poder cumplir un determinado trabajo. El circuito abierto puede ser representado por una resistencia o impedancia infinitamente grande.

10.- USANDO LAS ECUACIONES ADECUADAS Y LOS DATOS OBTENIDOS, DETERMINE CUÁL DE LOS CIRCUITOS CONSUMIÓ MAYOR POTENCIA ELÉCTRICA.

R x I2 = P

 Circuito en serie:

 Circuito en paralelo: = P = 15.057 11.- DISEÑE UNA EXPERIENCIA DE LABORATORIO QUE LE PERMITA OBTENER LA GRÁFICA DE POTENCIA EN FUNCIÓN DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE AL CUADRADO. SUPONGA VALORES PARA LA INTENSIDAD Y UTILICE LA ECUACIÓN DE POTENCIA DADA EN LA INTRODUCCIÓN, PARA CALCULAR ÉSTA ÚLTIMA MAGNITUD, USANDO UN RESISTOR DE 1.5KΩ. CONSTRUYA LA MENCIONADA GRÁFICA.

I

P

0.001

0.0015

0.005

0.0375

0.010

0.1500

0.015

0.3375

0.020

0.6000

0.025

0.9375

0.030

1.3500

0.035

1.8375

0.040

2.4000

0.045

3.0375

P VS I POTENCIA

4 3 2 1 0 1

2

3

4

5

6

7

8

I 9

10

1 0.001

2 0.005

3 0.010

4 0.015

5 0.020

6 0.025

7 0.030

8 0.035

9 0.040

10 0.045

P 0.0015

0.0375

0.1500

0.3375

0.6000

0.9375

1.3500

1.8375

2.4000

3.0375

I

12.- DESARROLLAR EN EL PROGRAMA DE SUMULACION EL PASO 14 Y COMPARE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN FORMA EXPERIMENTAL CON LOS OBTENIDOS POR DESARROLLO VIRTUAL.

Para el paso 13 Resultados obtenidos con el desarrollo virtual.

Resultados obtenidos experimentalmente.

Resistencias

I(mA)

R1 = 38.4k

0.107

R2 = 11.93 k

0.107

R3 = 17.71 k

0.53

R4 = 17.83 k

0.52

14.- EN EL CIRCUITO DE LA FIG. DETERMINE LA TENSIÓN DEL GENERADOR, SABIENDO QUE LA TENSIÓN ENTRE LOS RESISTORES DE 40KΩ, ES DE 100V.

R2

R5

15kΩ

10kΩ V1 0V

R8 40kΩ

R7 40kΩ

R6 10kΩ R1 15kΩ

R3

R4

15kΩ

10kΩ

 Si la tención entre los resistor de 40 kΩ, es de 100v. Quiere decir: , entonces nos quiere decir que la intensidad recorrerá todo el sentido de la malla (I1).  Entonces: -V-I1 (20+15+15+15) +I2 (15)=0 -V-I1 (65) +I2 (15) =0 I2 (15)-V=65……………………………………. (I)  Para la malla 2. V-I2 (10+10+10+15) +15I1=0 V-I2 (45) =-15………………………………… (II)  En I y II. I2 (15)-V=65 V-I2 (45) =-15 -30I2= -50 I2 =-1.666  Trabajando en I para el V V=40.01

 Por lo que la tención que nos piden será V=40.01con sus respectivas intensidades I1=1A y I2= -1.666A.

VI. CONCLUSIONES  Los valores reales de voltaje y potencia variaron con respecto los nominales.  Existen distintas asociaciones de resistores como serie paralelo mixto los cuales ayudan a tener los valores que son difíciles de conseguir.  Los diodos LED al exponerles a sobre corrientes tienden a fallar por eso se les pone una resistencia en serie.

VII. BIBLIOGRAFIA  Circuitos eléctricos de Joseph A. Edminister  http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_emisor_de_luz  http://cabierta.uchile.cl/libros/c-utreras/node72.html  Manual de prácticas de laboratorio circuitos eléctricos I Lic. E. Serafín Gutiérrez Atoche