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• Jose Rene Gomez Perez

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL ESTADO DE CHIAPAS

INGENIERÍA EN ENERGÍA DECIMA GENERACION

MATERIA: DISEÑO DE INSTALACIONES ELECTRICAS. MTRO. RICARDO TRUJILLO SEPTIMO CUATRIMESTRE GRUPO A

TEMA: MEDICIONES ELÉCTRICAS

INTREGRANTES: SOL ARCOS GUSTAVO EMILIO.--------MATRICULA: 143110 RONALDO BALTAZAR TRUJILLO LUIS. -----MATRICULA: 143093 LUIS ARMANDO CORTAZAR ROSIQUE -------143142 GÓMEZ PÉREZ JOSÉ RENE.------------ MATRICULA: 143104

SUCHIAPA, CHIAPAS, A 5 DE DICIEMBRE DEL 2016 1

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3 MARCO TEÓRICO...................................................................................................3 PRÁCTICA NÚMERO 1............................................................................................6 PRÁCTICA 2............................................................................................................9 PRÁCTICA 3..........................................................................................................10 PRÁCTICA 4.........................................................................................................12 PRACTICA NUMERO 5..........................................................................................14 MEDICIÓN CON EL VOLTÍMETRO ANALÓGICO...................................................16

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INTRODUCCIÓN En la actualidad se ha vuelto necesario el uso de la energía eléctrica, por la cual es instalado en la mayoría de los hogares para hacer funcionar lámpara hasta sistemas de mayor potencia.

Para poder dimensionar correctamente la instalación eléctrica de una casa se necesitan pre cálculos para poder tener información necesaria antes de empezar la instalación tales como longitud y calibre del conductor (apta para poder soportar la corriente demandada por las cargas.) Por eso es necesario saber cómo funcionan los circuitos en serie y paralelo y así poder diferenciar las diferencias y ventajas que presentan ante una instalación eléctrica y para luego analizar por cual es más conveniente usar.

MARCO TEÓRICO Diferencia de potencial La tensión eléctrica en un punto A respecto a otro punto B se denomina diferencia de potencial, trabajo que hay que realizar sobre la unidad de carga eléctrica positiva situada en B para trasladar hasta A”: A

v AB =v A −v B=−∫ ⃗ E ∙ d r⃗ B

En campos eléctricos generados por una distribución de cargas: v A=

qi 1 ∑ 4 π εo i ri

Este trabajo es independiente de la trayectoria entre B y A (el campo eléctrico es conservativo). La unidad de tensión es el voltio (V):

1V =1

Nm J =1 C C

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Además, si se fija de manera arbitraria el potencial eléctrico igual a cero en un punto que esta infinitamente lejos de las cargas que producen el campo, se puede afirmar que el potencial eléctrico en un punto arbitrario en un campo eléctrico es igual al trabajo requerido por unidad de carga para llevar una carga de prueba positiva desde el infinito hasta ese punto Intensidad de corriente La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa la sección del conductor por unidad de tiempo. Si el para un Δt Δq incremento existe un movimiento de cargas, la intensidad de corriente (o simplemente, corriente) se define como: I=

Δq Δt

Cuando este incremento de tiempo tiende a cero, la corriente varía en el tiempo denominándose corriente instantánea. I = lim

Δt→ 0

Δq dq = Δt dt

Por convenio, el sentido de la corriente es el mismo del movimiento de las cargas positivas en el conductor. En unidades SI, la intensidad de corriente se mide en Amperios (A):

1 A=1

C s

Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica, es la magnitud física que mide el grado de oposición que presentan los medios al movimiento de las cargas eléctricas. Los elementos que poseen una propiedad resistiva, disipan energía y cumplen con una relación constante entre voltaje y corriente entre sus terminales. También puede afirmarse que la resistencia es la tendencia de un material para impedir el flujo de cargas eléctricas a través de él. La unidad de medida aceptada por el Sistema Internacional es el ohmio Ω ).

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Ley de Ohm La ley de Ohm establece que la caída de tensión entre los terminales de la resistencia es proporcional a la corriente que la atraviesa, esta proporción se denomina resistencia, que es constante y positiva: V =I ∙ R

La ley de Ohm no es aplicable a todos los elementos, solo aquellos que cumplen una resistencia lineal ideal (donde la característica corriente-voltaje puede representarse con una recta que asa por el origen).

Potencia eléctrica en corriente continua Cuando una corriente atraviesa una resistencia, ésta absorbe energía del circuito y la convierte en calor (efecto Joule) y la potencia convertida en calor se denomina potencia disipada: P=

ΔU Δq = Δv=I ∙ ΔV Δt Δt

La unidad SI de la potencia es Watts o Vatios: 1 W = 1 J/s Los conceptos antes mencionados fueron obtenidos de [3] Asociación de resistencias En un circuito eléctrico, es posible combinar resistencias en dos formas básicas: Resistencia en serie, cuando dos o más resistores se conectan juntos, uno a continuación de otro de igual forma que en la Fig. 1. En esta configuración, la corriente es constante, pero el voltaje entre los resistores varía. Es posible hallar una propiedad especial para las resistencias que se hallen conectadas de esta forma: V =V R +V R +...=∑ V R 1

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i

i

Por la ley de Ohm, se sabe que

V =IR , reemplazando esta información (nótese

que la intensidad de corriente que pasa por cualquier resistencia es la misma que la que pasa por todo el circuito): V =∑ I R Ri=∑ I Ri=I ∑ R i i

i

i

i

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De esta expresión puede deducirse que una resistencia cuyo valor sea la sumatoria de las resistencias, originaría el mismo efecto de todo el grupo de resistencias, a un elemento que tenga este valor, se denomina, la resistencia equivalente: Req =∑ Ri i

PRÁCTICA NÚMERO 1

Identificación y Medición de Resistencias

Objetivo: • Aprender a medir resistencias con un óhmetro.

Las resistencias de película de carbón generalmente se usan en circuitos electrónicos. Su valor se imprime en el cuerpo de la resistencia mediante bandas de colores y se puede determinar mediante el código de la Tabla 1.

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Tabla 1. colores para valor de

Código de empleado definir el las resistencias

Procedimiento:

En este caso se usaron 5 resistencias que era de prueba para aprender a tomar valor de ellas de acuerdo al diagrama 1.1.

Ilustración 1: Diagrama para medir resistencias de un circuito

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De acuerdo a este procedimiento se tomaron de medidas de 5 resistencias con lo cual se pudo hacer la siguiente tabla de acuerdo al valor de referencia de la resistencia, y el valor medido de la resistencia en el Óhmetro. Valor de la Resistencia 1 KΩ 2.7 KΩ 120 Ω 12 Ω 220 Ω

Valor Medido. .98 kΩ 2.69 kΩ 120 Ω .01 kΩ .21 kΩ

Tabla 2: Valor de las resistencias medidas en el laboratorio

Gracias a la tabla se logra apreciar la medición con la variación de error que contiene el óhmetro.

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Ilustración 2: Multímetro y las 5 resistencias utilizadas

Ilustración 3: Medición de una resistencia de 1 KΩ

Ilustración 4: Medición de una resistencia de 12 Ω

PRÁCTICA 2 Comprobación de la ley de Kirchhof

Objetivo: Comprobar experimentalmente las Leyes de Kirchhoff , mediante un circuito de corriente continua. Introducción: La ley de voltaje de Kirchhoff indica que la suma de voltajes alrededor de una trayectoria o circuito cerrado debe ser cero. Matemáticamente, está dada por:

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Ilustración 5: Circuitos con resistencias en serie La suma de todos los voltajes al rededor del bucle es igual a cero. Observamos cinco voltajes en la imagen de la derecha: v 4 a través de una fuente de alimentación y los cuatro voltajes v 1, v2, v3 y v5 a través de las resistencias R1, R2, R3 y R5, respectivamente. El voltaje de alimentación y las resistencias R1, R2 y R3 componen una ruta de circuito cerrado, de este modo la suma de los voltajes v4, v1, v2 y v3 debe ser 0.

Procedimiento: Se armó un circuito con resistencias en serie en el cual se suministraba un voltaje de 8.2 V en cada punto se tomó medida del voltaje resultando la ley de Kirchhoff El cual nos dice y nos plantea: La sumatoria de todas las fuentes de voltaje = La sumatoria de todas las caídas de voltaje. Caídas de Tensiones en respectivas resistencias: V(R1)= 2.18 V V()R2= 5.99 V

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Por lo tanto al sumar las dos tensiones se comprueba que es igual a 8.17V≈8.2 V, que es la tensión de entrada.

PRÁCTICA 3 Comprobación de la Potencia de una lámpara Objetivo: Comparar la potencia de una lámpara según ficha técnica a la potencia real medida.

Introducción La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).

Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.

Procedimiento De acuerdo a la ecuación de potencia, se midió el coraje real que pasaba a través de la lámpara y la Intensidad dando los resultados expresados en la siguiente tabla

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Resultados de medición: Voltaje suministrado 128 v.

Intensidad 0.12 A.

Tabla 3: Medición de la corriente demandada por la lámpara de 16 W. De acuerdo a los resultados obtenidos y ocupando la ecuación se obtiene que la potencia es: P= (128 V) x (0.12 A) = 15.36 VA = 15.36 watts. Entonces el error de medición es de: n=

16 W −15.36 W ∗100=4 16 W

Resultando un error de sensibilidad para el Multímetro de 4%. Lo cual es un rango tolerable para realizar dichas mediciones.

Ilustración 6: Lámpara de 16 W de potencia a 127 V

PRÁCTICA 4 12

MEDICIÓN DEL VOLTAJE EN PARALELO CON MULTIMETRO DIGITAL

Primero se realizó el circuito con una fuente de tensión variable, se fijó a 11.1 V, en la cual se conectaron dos resistencias de 2.7 KΩ y 1 KΩ como se muestra en la siguiente imagen.

Figura 7: Conexión en paralelo de resistencias

Debido a la conexión en paralelo los datos medidos con el multímetro son:

Voltaje 1 (V)

Voltaje 2 (V)

Voltaje de la fuente (V)

11.08

11.09

11.1

Tabla 4: Tensión medida en un circuito en paralelo.

*Conclusión: se cumple la ley de Ohm la cual dice que en un circuito en paralelo la tensión permanece constante y la corriente varía dependiendo de la resistencia en la que pase.

Calculo de la corriente en el circuito anterior. 13

1 1 VT= + 2700 Ω 1000 Ω

(

−1

)

=729.729 Ω

Entonces la corriente que circula en el circuito es de: i=

11.1 V =0.0152 A=15.21mA 729.729 Ω

PRÁCTICA NUMERO 5 Medición de longitudes con el vernier.

Considere lo siguiente: 1) Antes de efectuar las mediciones, limpie de polvo y suciedad las superficies de medición, cursor y regleta; ya que el polvo puede obstruir a menudo el deslizamiento del cursor.

2) Cerciórese que las superficies de medición de las quijadas y los picos no estén dobladas o despostilladas. 3) Verifique que las superficies deslizantes de la regleta estén libres de daño.

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Para obtener mediciones correctas, verifique la herramienta acomodándola como sigue:

Ilustración 8: Método correcto para usar los calibradores

2) Coloque el calibrador hacia arriba sobre una superficie plana, con el medidor de profundidad hacia abajo, empuje el medidor de profundidad, si las graduaciones cero en la regleta y la escala del nonio están desalineados, el medidor de profundidad está anormal.

Ilustración 9: Forma correcta para colocar el vernier

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2) Coloque el calibrador hacia arriba sobre una superficie plana, con el medidor de profundidad hacia abajo, empuje el medidor de profundidad, si las graduaciones cero en la regleta y la escala del nonio están desalineados, el medidor de profundidad está anormal.

Medición de interiores: En esta medición es posible cometer errores a menos que se lleve a cabo ,muy cuidadosamente, introduzca los picos totalmente dentro del objeto que se va a medir, asegurando un contacto adecuado con las superficies de medición y tome la lectura.

Ilustración 10: Forma correcta para medir interiores

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MEDICIÓN CON EL VOLTÍMETRO ANALÓGICO. La utilidad de un voltímetro analógico es muy amplia, aunque en la actualidad predominan los instrumentos de medición digitales y a este respecto, en una entrega siguiente veremos las ventajas y desventajas de los instrumentos digitales sobre los analógicos. La tensión medida con el circuito anterior arrojo los mismos datos solo que ahora se tenía que observar en la carátula donde se indica el rango de medición.

Ilustración 11: Voltímetro analógico

CONCLUSIÓN • Existe una pequeña variación entre los valores leídos con los instrumentos de medición (multímetro) respecto a los valores calculados en forma analítica, debido a la falta de exactitud del instrumento, debido posibles corrientes de fuga, resistencia interna y por perdidas menores en forma de calor.

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• Durante la medición de corrientes de las resistencias en paralelo, la cantidad de corriente total medida con el amperímetro no es exactamente igual que la suma de corrientes, esto debido al cambio de escala en el multímetro, el que tiene una resistencia interna diferente que disminuye la precisión de la medida observada. Sucedió algo semejante con el voltaje en las resistencias en serie, el voltaje entre los tres resistores es ligeramente distinto que la suma del voltaje en cada resistor.

BIBLIOGRAFÍA [1] Prat Viñas, Lluís. “Circuitos y dispositivos electrónicos”. Barcelona: UPC, 1999. [2] Stanley Wolf, Richard F. M. Smith. “Guía para mediciones electrónicas y prácticas de laboratorio”. Prentice Hall, 1992. [3] Olver Gómez M., “Mediciones eléctricas con circuitos en serie y paralelo.”

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