ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LAS LEYES DE KIRCHOFF

UNIVERSIDAD C ATOLICA DE SANTA MARIA

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LAS LEYES DE KIRCHOFFElectrotecnia IndustrialUNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA MARIAArequipa 2014-10-14

UNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA MARIAFacultad de Ciencias e Ingenieras Fsicas y FormalesPROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

CURSO:Electrotecnia Industrial

Grupo:05

Tema:CONEXIN DE IMPEDANCIAS

Alumnos:Mery Delgado EduardoJeremy Diaz Zegarra Arequipa, 2014I. OBJETIVO:

Analizar y verificar en forma experimental la relacin que existe entre la tensin y la corriente en las impedancias de un circuito elctrico, verificando as la ley de Ohm; utilizando el mtodo indirecto del voltmetro y ampermetro.

Conocer las diferentes conexiones de las impedancias.

II. MARCO TERICO:

Asociaciones generales de resistencias: a) Serie y b) Paralelo. c) Mixta, d) Estrella - triangulo.

Se denomina impedancia equivalente, Ztotal, de una asociacin respecto de dos puntos A y B, a aquella que conectada la misma diferencia de potencial, UAB, demanda la misma intensidad, I. Esto significa que ante las mismas condiciones, la asociacin y su impedancia equivalente disipan la misma potencia.

Asociacin en serie

Dos o ms impedancias se encuentran conectadas en serie cuando al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, todas ellas son recorridas por la misma corriente. Por lo tanto, la impedancia equivalente a n impedancias montadas en serie es igual a la suma de dichas impedancias.

Asociacin en paralelo

Dos o ms impedancias se encuentran en paralelo cuando tienen dos terminales comunes de modo que al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, UAB, todas la impedancias tienen la misma cada de tensin, UAB. Por lo que la impedancia equivalente de una asociacin en paralelo es igual a la inversa de la suma de las inversas de cada una de las impedancias.

Asociacin mixta

En una asociacin mixta podemos encontrarnos conjuntos de impedancias en serie con conjuntos de impedancias en paralelo.

Asociaciones estrella y tringulo

En la figura se pueden observarse respectivamente las asociaciones estrella y tringulo, tambin llamadas T y o delta respectivamente. Este tipo de asociaciones son comunes en las cargas trifsicas.

III. ELEMENTOS A UTILIZAR:

08 Resistencia Variable 0-44 ohmios 08 de 180 ohmios 1 Ampermetro c.c., analgico, 0-1-5 amp.

1 variac monofsico

02 Multmetro digitales 1 Puente de diodos.

conductores de conexin.

5 condensadores de diferentes valores

IV. ACTIVIDADES:

a) Calibrar las resistencias a los valores indicados en la siguiente figura.

b) Armar el circuito de la figura 1, adjunta.

c) Regular en el variac monofsico hasta obtener en el voltmetro V, la tensin de 30V de corriente alterna.

Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8

4018 , 50uF12 28 80 50 9 6 , 70uF

d) Ir reduciendo el circuito paso a paso e ir midiendo en cada reduccin la corriente y el voltaje, para comprobar el circuito equivalente. Para variar el valor de las impedancias se tendr que desenergizar el circuito primero.

TablaPuntoA(amp)V(v)Zab=V/I

10.2930.2104.14

20.2930.5105.17

30.2930.3104.48

40.2930.5105.17

50.2930.4104.83

60.2930.2104.14

A continuacin se mostrara el desarrollo de la reduccin del circuito mostrado para obtener una sola impedancia equivalente, utilizando el mtodo del Teorema de Kennelly.

V. CUESTIONARIO:

1. Qu es una impedancia y de qu depende su valor? El trmino impedancia es una generalizacin del concepto de resistencia, incluyendo cualquier tipo de oposicin al paso de las seales. La impedancia de salida de un equipo se la denomina impedancia de fuente y la de entrada impedancia de carga, donde la impedancia de carga debe ser mayor o igual que la impedancia de salida, cuando se realice algn tipo de conexin entre equipos. La impedancia se la denomina con la letra Z.La Impedancia es la resistencia aparente de un circuito elctrico al paso de la corriente alterna. La impedancia tiene unidades de Ohmios. Y es la suma de una parte resistiva y una parte reactiva. En pocas palabras es la suma de la resistencia y la reactancia.

La resistencia es el valor de oposicin al paso de la corriente (sea corriente directa o corriente alterna) que tiene el resistor o resistencia. La reactancia es el valor de la oposicin al paso de la corriente alterna que tienen los condensadores (capacitores) y las bobinas (inductores).

Capacitiva: debido a los condensadores. Inductiva: debido a las bobinas

Z = R + j X

REACTANCIA CAPACITIVA

Se conoce como Xc depende del valor de la frecuencia. Realizando mediciones se observa que Xc es inversamente proporcional a la frecuencia y a la capacidad. La formula completa es:

REACTANCIA INDUCTIVA

Se conoce como XL depende del valor de la frecuencia. Realizando mediciones se observa que XL es directamente proporcional a la frecuencia y a la inductancia. La formula completa es:

2. Qu tipos de conexin existen en las impedancias?

Existen las impedancias unidas en serie y paralelo, pero tambin existen la uniones de impedancia en estrella y en triangulo para lo cual se debe transformar una con otra, a continuacin se desarrollara las diferentes conexiones que existen para lograr su reduccin.

Impedancias en serie y en paraleloCualquier circuito de dos terminales puede reducirse a una simple impedancia sumando las que se encuentran en serie o en paralelo, as: Impedancias enserie:

Impedancias enparalelo:

Transformacin estrella tringulo

Una red elctrica de impedancias con ms de dos terminales no puede reducirse a un circuito equivalente de una sola impedancia. Una red denterminales puede, como mximo, reducirse a n impedancias. Para una red de tres terminales, las tres impedancias pueden expresarse como un red delta () de tres nodos o una red estrella (Y) de cuatro nodos. Estas dos redes son equivalentes y las transformaciones de cada una de ellas son expresadas ms abajo. Una red general con un nmero arbitrario de terminales no puede reducirse al mnimo nmero de impedancias usando solamente combinaciones en serie o en paralelo. En general, se deben usar las transformaciones Y- y -Y. Puede demostrarse que esto bastar para encontrar la red ms simplificada para cualquier red arbitraria con aplicaciones sucesivas en serie, paralelo, Y- y -Y. No se requieren transformaciones ms complejas.

Ecuaciones para la transformacin Delta-Estrella

Ecuaciones para la transformacin Estrella-Tringulo

3. Analizar los circuitos en forma terica y compararlos con los experimentales. Son iguales? Por qu?

Terico Experimental

Paso 1:

Za=356.89Za=356.8

Zb=40.15Zb=40.10

Zc=114.714Zc=114.70

Paso 2:

Zra=35.92Zra=35.5

Zrb=9.24Zrb=9.20

Zrc=34.82Zrc=34.40

Paso 3:

Zd=45.25Zd=44.90

Paso 4:

Zeq=19,67Zeq=19.10

Podemos observar que los valores experimentales con los valores tericos son iguales, y se demuestra as el teorema de Kennelly.

4. Qu tipos de impedancias existen y cul es el uso de cada uno?

5. Enumere y explique todos los tipos de resistencias existentes.

Resistencias de hilo bobinado.-Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y an se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipacin. Estn constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hlice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato cermico.

Resistencias de carbn prensado.-Estas fueron tambin de las primeras en fabricarse en los albores de la electrnica. Estn constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo como el de la figura.

Resistencias de pelcula de carbn.-Este tipo es muy habitual hoy da, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cermico como sustrato sobre el que se deposita una pelcula de carbn tal como se aprecia en la figura.

Resistencias de pelcula de xido metlico.-Son muy similares a las de pelcula de carbn en cuanto a su modo de fabricacin, pero son ms parecidas, elctricamente hablando a las de pelcula metlica. Se hacen igual que las de pelcula de carbn, pero sustituyendo el carbn por una fina capa de xido metlico (estao o latn). Estas resistencias son ms caras que las de pelcula metlica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de xido es muy resistente a daos mecnicos y a la corrosin en ambientes hmedos.

Resistencias de pelcula metlica.-Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy da, con unas caractersticas de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeo, del orden de 50 ppm/C (partes por milln y grado Centgrado). Tambin soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor perodo de tiempo.

Resistencias de metal vidriado.-Son similares a las de pelcula metlica, pero sustituyendo la pelcula metlica por otra compuesta por vidrio con polvo metlico. Como principal caracterstica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor por su inercia trmica que le confiere el vidrio que contiene su composicin. Como contrapartida, tiene un coeficiente trmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/C. Se dispone de potencias de hasta 3 watios.

6. Enumere y explique todos los tipos de inductancias existentes.

A. FIJASCon ncleo de aireEl conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias elevadas.Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente tiene que ser cilndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar como 2 o ms bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.

Con ncleo slidoPoseen valores de inductancia ms altos que los anteriores debido a su nivel elevado de permeabilidad magntica. El ncleo suele ser de un material ferromagntico. Los ms usados son la ferrita y el ferroxcube. Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean eliminar son bajas se utilizan ncleos parecidos a los de los transformadores (en fuentes de alimentacin sobre todo). As nos encontraremos con las configuraciones propias de estos ltimos. Las secciones de los ncleos pueden tener forma de EI, M, UI y L.

Bobina de ferritaBobina de ferrita de nido de abeja

Bobinas de ferrita para SMDBobinas con ncleo toroidal

Las bobinas de nido de abeja se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores inductivos en un volumen mnimo.Las bobinas de ncleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magntico cerrado, dotndolas de un gran rendimiento y precisin.La bobinas de ferrita arrolladas sobre ncleo de ferrita, normalmente cilndricos, con aplicaciones en radio es muy interesante desde el punto de vista practico ya que, permite emplear el conjunto como antena colocndola directamente en el receptor.

Las bobinas grabadas sobre el cobre, en un circuito impreso tienen la ventaja de su mnimo coste pero son difcilmente ajustables mediante ncleo.B. VARIABLESTambin se fabrican bobinas ajustables. Normalmente la variacin de inductancia se produce por desplazamiento del ncleo.Las bobinas blindadas pueden ser variables o fijas, consisten encerrar la bobina dentro de una cubierta metlica cilndrica o cuadrada, cuya misin es limitar el flujo electromagntico creado por la propia bobina y que puede afectar negativamente a los componentes cercanos a la misma.

7. Enumere y explique todos los tipos de capacitores existentes.

a. Capacitor elctrico de aluminio:este posee una capacitancia por volumen muy elevada y adems, son muy econmicos, es por esto que son sumamente utilizados. Estos contienen hojas metlicas que poseen un electrolito que puede ser seco, pastoso o acuoso. Los capacitores elctricos de aluminio se pueden encontrar no polarizados y polarizados.

b. Capacitor elctrico de tantalio:si bien estos son ms caros que los anteriores, se destacan por poseer una mayor confiabilidad y flexibilidad. Dentro de este tipo de capacitores existen tres clases:capacitores de hojas metlicas, capacitores de tantalio slido y capacitores de tantalio.

c. Capacitores elctricos de cermica:estos se destacan por ser econmicos y de reducido tamao. Adems, poseen un gran intervalo de valor de aplicabilidad y capacitancia. Son ideales para aplicaciones de derivacin, filtrado y acoplamiento de aquellos circuitos que son hbridos integrados que logran tolerar cambios importantes en la capacitancia. El material dielctrico que se utiliza en estos capacitores puede ser titanato de calcio, de bario o bien, dixido de titanio a los que se le agregan otros aditivos. Los capacitores elctricos de cermica adquieren forma de disco o tubular.

d. Capacitores elctricos de plstico o papel:estos pueden estar hechos con plstico, papel, o la suma de los dos y se los puede utilizar en aplicaciones como acoplamiento, filtrado, cronometraje, suspensin de ruidos y otras. Una propiedad que poseen estos capacitores es que las pelculas metlicas se autorreparan. Tambin son muy estables, resistentes al aislamiento y pueden funcionar a temperaturas muy elevadas.

e. Capacitores de vidrio y mica:estos son utilizados cuando se precisa muy buena estabilidad y una carga elctrica alta. Se caracterizan por poder operar a frecuencias muy altas y tener gran estabilidad en relacin a la temperatura. Estos capacitadores se encuentran en distintos tamaos.

8. Compare los valores tericos y experimentales en cada una de las reducciones del circuito.

(Los valores tomados se basan en los diagramas)

TEORICO EXPERIMENTALPaso 1:Za=356.89Za=356.8Zb=40.15Zb=40.10Zc=114.714Zc=114.70Paso 2:Zra=35.92Zra=35.5Zrb=9.24Zrb=9.20Zrc=34.82Zrc=34.40Paso 3:Zd=45.25Zd=44.90Paso 4:Zeq=19,67Zeq=19.10VI. Recomendaciones:

Realizar las reducciones en el circuito paso por paso para evitar confusiones y equivocaciones. Se recomienda siempre observar cmo se est conectando ya que esto puede acarrear cortocircuitos. Es recomendable llegar temprano y anotar todo lo que se dice en la clase ya que esto ayuda a la realizacin de la prctica. Se recomienda trabajar sin corriente hasta haber confirmado que el circuito se encuentre bien armado para evitar problemas. Se recomienda revisar primeramente los instrumentos que nos entregan para realizar la prctica para que estos no posean ningn problema en el resultado final de la prctica.

VII. Conclusiones:

Concluimos que las impedancias se comportaran como resistencias verificndose esta con la ley de ohm. Existen diferentes formas de conectar las inductancias, no solo en serie y paralelo. A pesar que un circuito tenga artas inductancias si estn al final reducindolas dan lo mismo a una equivalente estas no modifican en nada el resultado final. Concluimos que los resultados de la parte terica y con la parte experimental son mnimas haciendo que no haya diferencia entre hallarlo a mano o en lo prctico. Concluimos de esta prctica que paso a paso todas las inductancias en la forma en que estn conectadas se pueden reducir llegando a una equivalente final.

VIII. Bibliografa

http://www.doctorproaudio.com/content.php?149-paraleloserie http://kyuworld.creatuforo.com/impedancia-o-lo-que-hay-que-saber-para-conectar-una-pantalla-tema176.html http://www.proyecto987.es/trifasica_7.html http://www.nichese.com/relacion.html http://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_de_circuitos http://www.unicrom.com/Tut_impedancia.asp http://es.slideshare.net/jhondanilo90/impedancia-9896203

Conexin de Impedancias