Informe 3 de Laboratorio de Electrotecnia

LABORATORIO DE ELECTROTECNIALA IMPEDANCIA

PRACTICA 3

AUTORES

Chirino Arianny C I: 25.096.391

Matheus Monica C I: 17.842.310

Matos Antony C I: 25.402.868

Montes Addelis CI: 20.468.916

Naranjo Karina C.I: 21.156432

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA: INGENIERIA QUIMICA

NUCLEO “EL SABINO”

SECCION 54 GRUPO B

INTRODUCCION

Al igual que en circuitos de corriente continua (C.C), las leyes de kirchoff también son aplicables en circuitos de corriente alterna (C.A). El comportamiento de un resistor en circuitos de C.A es similar a su comportamiento en los circuitos de C.C ya que la caída de tensión en el resistor y la corriente a través de él siempre estarán en fase entre ellas.

En una bobina conectada a una fuente de C.A, se producirá una caída de tensión sobre la misma, pero la corriente será retrasada por un factor el cual es la reactancia de la bobina cuyo símbolo es XL.

Por otra parte, el comportamiento del condensador en un circuito C.A es similar en términos generales al de la bobina, a partir de aquí se obtiene una reactancia inversamente proporcional a la frecuencia que se denomina reactancia capacitiva XC.

En el laboratorio se experimentó con una resistencia en serie con una bobina y con un condensador para realizar posteriormente el análisis de cada uno de éstos.

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

Familiarización con los métodos matemáticos para el análisis de circuitos eléctricos con C.A.

Familiarización con los principios de representación mediante fasores y cálculo vectorial.

Estudio del comportamiento en C.A. de circuitos RC serie y paralelo. Estudio del comportamiento en C.A. de circuitos RL serie y paralelo.

MARCO TEORICO

¿QUE REPRESENTA EL NUMERO COMPLEJO EN EL PLANO COMPLEJO?

Los números complejos se representan en un plano infinito que llamaremos plano complejo, de modo que la parte real se represente en el eje de abscisas, llamado eje real, y la parte imaginaria en el eje de ordenadas, llamado eje imaginario.

¿SE PUEDE EMPLEAR A LAS LEYES DE KIRCHHOFF EN LOS CIRCUITOS DE C.A?

Podemos decir que la corriente alterna es aquella corriente cuya intensidad es una función sinusoidal del tiempo, es decir, una corriente que periódicamente cambia de dirección y sentido; por tanto, no es posible asociar una dirección fija a la corriente en los circuitos de corriente alterna.

La corriente eléctrica muestra dos tipos de comportamiento diferenciado en cuanto al sentido en que recorre el circuito. De este modo, en general se distingue entre corriente continua y alterna. La primera es la que recorre el circuito siempre en idéntico sentido. La segunda es la que cambia el sentido de recorrido del circuito varias veces por segundo y presenta una intensidad determinada independientemente del sentido del recorrido del circuito.

En definitiva, lo que se hace es, sustituir cada uno de los elementos del circuito por su impedancia, convertir este nuevo circuito con tensiones e intensidades complejas a través del Análisis de nodos (ley de nudos de Kirchoff Leyes de Kirchoff) o a través del Análisis de mallas (ley de mallas de Kirchoff Leyes de Kirchoff) a un sistema (o ecuación) lineal de n incógnitas con n ecuaciones, resolver el sistema y después interpretar los resultados en números complejos para conocer su significado en el tiempo.

RELACION FUNCIONAL ENTRE LA CORRIENTE Y LA FRECUENCIA EN UN CIRCUITO RL SERIE.

Podríamos relacionar la impedancia y la corriente en que al aplicar la ley de ohm la resistencia será la misma.

¿COMO INFLUYE LA FRECUENCIA EN EL ANGULO DE FASE EN UN CIRCUITO RL?

Se dice que al aumentar la frecuencia aumentara en ángulo de fase

DIBUJE LOS DIAGRAMAS FASORIALES DE UN CIRCUITO RC SERIE Y RL SERIE

¿PORQUE SE PUEDE AFIRMAR QUE EL ANGULO DE FASE ENTRE EL VOLTAJE DE LA RESISTENCIA Y EL VOLTAJE TOTAL APLICADO AL CIRCUITO EN AMBAS EXPERIENCIAS, ES EL MISMO ANGULO DE FASE ENTRE LA CORRIENTE Y LA TENSION APLICADA?

Esto se debe a que al llevar el ángulo de fase al dominio del tiempo y al aplicar teorema de Pitágoras decimos que el seno adelanta al coseno en 90º

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

EXPERIENCIA No 1. CIRCUITOS RC SERIE

Conectar el circuito con

los componentes suministrados

Fijar la frecuencia en Khz del generador de señales al valor inicial indicado y la amplitud

de la señal de salida igual a 10 voltios de pico a pico. Medir la tension sobre la resistencia y sobre el condensador. Anotar

los resultados.

Medir la corriente eficaz en el circuito;

anotar los resultados.Medir el angulo de fase entre la

tension total y la tension de la resistencia usando para ello al osciloscopio comun y medir el

angulo de fase, usando las figuras de lissajous. Este sera el

angulo de fase entre la corriente y tension total.

Calcular la potencia activa

consumida en el circuito, anotar los resultados.

Repetir las mediciones anteriores para las frecuencias

seleccionadas. Importante: asegurarse de mantener la

tension aplicada constante en 10 Vp-p en todas las frecuencias.

EXPERIENCIA No 2. CIRCUITO RL SERIE

Conectar el circuito con los componentes

suministrados.

Fijar la frecuencia en Khz del generador de señales al valor

inicial indicado. Medir la resistencia y sobre la bobina.

Medi la corriente eficaz en el circuito.

Medir el angulo de fase entre total y la tension de la resistencia usando para ello el osciloscopio digital de doble trazo. Anotar los

resultados.

Calcular la potencia activa consumida en el

circuito, anotar los resultados.

Repetir los pasos anteriores

para las frecuencias

seleccionadas.

TABLA DE DATOS

TABLA No 3.1 CIRCUITO RC SERIE

Frec

(Hz)

VC (Volt) VR (Volt) Coordenada

s

Angulo de

Fase (°)θ

I (mA)

Med. Calc. Med. Calc. a b Med. Calc. Med. Calc.

15000 0.02

3

0.375 3.19

7

3.51 0.4 2.9 7.93 6.056 4.87 3.51

12000 0.26

1

0.529 3.27

0

3.49 0.3 2.1 8.21 7.554 4.91 3.49

9000 0.50

8

0.648 3.32

2

3.47 0.4 2.4 9.59 10.02 4 3.47

6000 0.83

7

0.912 3.24

0

3.41 0.6 2.4 14.4

8

14.85 3.40 3.41

TABLA No 3.2 CIRCUITO RL SERIE

Frec

(Hz)

VL (Volt) VR (Volt) Coordenadas Angulo de

Fase (°)θ

I (mA)

Med. Calc. Med. Calc. a b Med. Calc. Med. Calc.

16000 3.48 2.45 0.023 0.24

4

2.7 2.9 68.6

0

84.31 4.55 2.44

9000 3.854 2.43

2

0.652 0.43

0

2.7 2.8 74.6

4

79.97 7.38 4.30

7000 3.742 2.40

8

0.858 0.54

7

2.4 2.6 67.3

8

77.19 8.74 5.47

4500 3.425 2.32

8

1.230 0.82

3

2.4 2.8 58.9

9

70.52 12.06 8.23

CALCULOS REALIZADOS

ECUACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE LOS CÁLCULOS:

VR = Ief * R

Vef=Vp√2

= 5

√2=3 ,53V

|Z|=√(R )2+( 1WC )

2

=√(R )2+( 12π fC )

2

|Z|=√(R )2+( 1WC )

2

=√(R )2+( 12π fC )

2

V C=√(V ef )2−(V R )2

θ=tg−1( XCR )=tg−1(1WCR )=tg−1( 1

2π fCR )

VoltsVoltsVoltsVC 375,051,3)53,3( 22

º056,61000

)10*1.0)(10*15(2

163

1

FHz

tg

EXPERIMENTO Nº 1:

o CIRCUITO RC SERIE:

o FRECUENCIA DE 15000 HZ:


VR = (3,51*10-3 Amp) * (1000)

|Z|=√(1000)2+( 12π (15∗103Hz )(0 .1∗10−6F )

2

=1005 ,61

Ief= 3 ,53V1 .005 ,61

=3 ,51∗10−3Amp

|Z|=√(1000)2+( 12π (12∗103Hz )(0 .1∗10−6F ))

2

=1008 ,75

Ief= 3 ,53V1008 ,75

=3 .49∗10−3 Amp


º554,71000

)10*1.0)(10*12(2

163

1

FHz

tg


º02,101000

)10*1.0)(10*9(2

163

1

FHz

tg



VR = (3,47*10-3 Amp) * (1000)

VR = (3,49*10-3 Amp) * (1000)

Ief= 3 ,53V1015 ,51

=3 ,47∗10−3 Amp

|Z|=√(1000)2+( 12π (6∗103Hz )(0 . 1∗10−6F ))

2

=1034 ,58


85,141000

)10*1.0)(10*6(2

163

1

FHz

tg

Cálculos:

ECUACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE LOS CÁLCULOS:

VR = Ief * R

VR = (3,41*10-3 Amp) * (1000)

Ief= 3 ,53V1034 ,58

=3 , 41∗10−3 Amp

Vef=3 .5

√2=2 ,47Volts

Ief=Vef|Z|

|Z|=√(R )2+(WL )2=√(R )2+(2π fL)2

V L=√(V ef )2−(V R )2

θ=tg−1( X LR )=tg−1(WLR )=tg−1( 2π fLR )

VoltsVoltsVoltsVL 45,2244,0)47,2( 22

º31,84100

)10*10)(10*16(2 331

HHztg

EXPERIMENTO Nº 2:

o CIRCUITO RL SERIE:



VR = (2,44*10-3 Amp) * (100) =

Ief= 2 ,47V1010 ,27

=2 ,44∗10−3Amp

|Z|=√(100)2+( 2π∗9∗103∗10∗10−3)2=574 ,26

Ief= 2,47V574 ,26

=4 ,30∗10−3 Amp

VoltsVoltsVoltsVL 432,2430,0)47.2( 22

97,79100

)10*10)(10*9(2 331 HHz

tg

VoltsVoltsVoltsVL 408,2547,0)47.2( 22

19,77100

)10*10)(10*7(2 331 HHz

tg



VR = (5,47*10-3 Amp) * (100)

VR = (4,30*10-3 Amp) * (100) =

|Z|=√(100)2+( 2π∗7∗103∗10∗10−3)2=451 ,04

Ief= 2 ,47V451 ,04

=5 ,47∗10−3 Amp

|Z|=√(100)2+( 2π∗4,5∗103∗10∗10−3 )2=299 ,90

Ief= 2 ,47V299 ,90

=8 ,23∗10−3 Amp

VoltsVoltsVoltsVL 328,2823,0)47,2( 22

º52,70100

)10*10)(10*5,4(2 331

HHztg

ANALISIS DE RESULTADOS

En un circuito eléctrico existe un flujo de cargas eléctricas que en general dependen del tiempo. En el caso de la practica los circuitos pueden caracterizarse por el valor de tres parámetros; capacidad, resistencia y bobina.

El comportamiento del circuito con el tiempo se puede describir utilizando como coordenadas las intensidades de corrientes o tensiones.

La práctica realizada en la cual se estudio la impedancia se pudo observar que en la bobina de la corriente se atrasa 90° con respecto al voltaje. Para el circuito RL tanto en serie como en paralelo además la corriente que pasa por la resistencia está en fase con el voltaje aplicado mientras que para los circuitos RL en serie la tensión en la resistencia está en fase con la corriente que pasa por ella, pero el voltaje en la bobina esta adelantado 90° con respecto a la corriente.

De acuerdo a las mediciones de voltaje en el condensador y en la resistencia del circuito RC en serie presentado en la práctica se noto que el valor del voltaje en el condensador disminuye a medida que la frecuencia se hace mayor y los valores de la resistencia aumenta por otro lado en los circuitos RL en serie. El voltaje del condensador es directamente proporcional a la frecuencia y el voltaje en la resistencia disminuye con el aumento de dicha frecuencia.

VR = (8,23*10-3 Amp) * (100)

CONCLUSIONES

MONICA MATHEUS

Al hacer las mediciones de los voltajes en el condensador y en la resistencia del circuito RC en serie presentado en la práctica se pudo observar que el valor del voltaje en el condensador disminuye a medida que la frecuencia se hace mayor, lo contrario sucede en los valores del voltaje en la resistencia. Por otro lado, al hacer las mediciones en un circuito RL en serie el voltaje en el condensador es directamente proporcional a la frecuencia y el voltaje en la resistencia disminuye con el aumento de dicha frecuencia.

Es importante tener presente que para la realización de análisis en circuitos eléctricos con corriente alterna es necesario tener conocimientos básicos sobre métodos de cálculo con números complejos, esto facilitará la resolución de dichos circuitos

ANTONY MATOS

Mediante la observación de los datos y los diagramas fasoriales de la practica N° 3 se pudo observar que en la bobina la corriente se atrasa 90º con respecto al voltaje tanto para un circuito RL en serie como en el paralelo y la corriente que pasa por la resistencia está en fase con el voltaje aplicado.

Para los circuitos RL en serie la tensión en la resistencia está en fase con la corriente que pasa por ella, pero el voltaje en la bobina está adelantado con respecto a la corriente que pasa por ella en 90º.

En un circuito RL en serie, la tensión en la bobina adelanta a la tensión aplicada mientras que la tensión en la resistencia se atrasa; además el ángulo de la admitancia del circuito RL en paralelo es el mismo ángulo de la corriente total y La corriente de la rama del inductor se atrasa con respecto a la corriente total del circuito.

Sin más importancia que lo anteriormente observado es notorio y evidencial expresar que mientras la frecuencia decrece, la intensidad y el voltaje de la resistencia también lo hacen, mientras que la corriente alterna, el voltaje del condensador y el ángulo de fase aumentan con gran amplitud.

ARIANNY CHIRINO

A partir de los resultados obtenidos se establece que las medidas de impedancia eléctrica es la relación (cociente) entre la tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, la tensión y la propia impedancia se describen con números complejos o funciones del análisis armónico; por ende en los circuitos de corriente alterna (AC) los receptores presentan una oposición a la corriente que no depende únicamente de la resistencia óhmica del mismo, puesto que los efectos de los campos magnéticos variables (bobinas) tienen una influencia importante. En CA, la oposición a la corriente recibe el nombre de impedancia (Z), que obviamente se mide en Ω. La relación entre V, I, Z, se determina mediante la "Ley de Ohm generalizada".

Es de suma interesa conocer que los circuitos de primer orden son circuitos que contienen solamente un componente que almacena energía (puede ser un condensador o inductor), y que además pueden describirse usando solamente una ecuación diferencial de primer orden. Los dos posibles tipos de circuitos de primer orden son: el Circuito RC (Resistor y Condensador), es aquel en donde la corriente que pasa por la resistencia y por el condensador es la misma. Esto significa que cuando la corriente está en su punto más alto (corriente de pico), estará así tanto en la resistencia como en el condensador (capacitor.) y en un Circuito RL (Resistor e Inductor) serie en corriente alterna, se tiene una resistencia y una bobina en serie. La corriente en ambos elementos es la misma, acotando que la tensión en la bobina está en fase con la corriente (corriente alterna) que pasa por ella (tienen sus valores máximos simultáneamente); pero el voltaje en la bobina está adelantado a la corriente que pasa por ella en 90º (la tensión tiene su valor máximo antes que la corriente).

En función a los resultados se puede evidenciar que no existe mucha discrepancia en los RC serie (experimento #1), sin embargo es notable que mientras la frecuencia descienda, la

intensidad, y el voltaje de la resistencia también, mientras que la corriente alterna, el voltaje del condensador y el ángulo de fase ascienden.

Por otro lado en los rendimientos del RL serie se presenta una diferencia considerablemente alta en comparación a los anteriores; quizá debido a una mala lectura en la bobina correspondiente

ADDELIS MONTES

Se logró estudiar el comportamiento de los circuitos RC y RL en serie y paralelo en corriente alterna. Por lo cual los objetivos planteados en esta práctica se cumplieron en su totalidad lo cual fue de gran utilidad para la obtención del comportamiento de dichos circuitos al ser conectados a una fuente de corriente alterna, originando las mediciones de la caída de tensión tanto en la bobina como el capacitor. Lo cual permitió el cálculo de la impedancia de cada uno dentro de los circuitos que experimentalmente se conectaron en serie.

Se pudo calcular la corriente total de los circuitos RC y RL, que al estar en serie dentro del circuito origino ser la misma para el capacitor, la bobina y la resistencia. Permitiendo el cálculo del ángulo de fase para cada circuito, para obtener el valor de la impedancia.

KARINA NARANJO

La impedancia es en general una función de la frecuencia lo cual se comprobó en la práctica realizada, aunque la forma funcional depende además las características de los elementos utilizados en el circuito.

En la práctica se logro cumplir con los objetivos planteados ya que se estudio el comportamiento de los circuitos RL y RC en serie.

Mediante las mediciones de los voltajes del circuito RC en serie se obtuvo que el valor del voltaje del condensador disminuya al aumentar la frecuencia mientras que en la resistencia aumenta. En el mismo orden de ideas al estudiar el circuito RL serie el voltaje del condensador es directamente proporcional a la frecuencia y el de la resistencia disminuye al aumentar dicha frecuencia.

Es importante señalar que para llevar a buen término la práctica es necesario previos conocimientos sobre métodos matemáticos para realizar el estudio de circuito de corriente alterna.

BIBLIOGRAFIA

SITIOS WEB

http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=1&id_sec=7 http://www.terra.es/personal2/equipos2/rlc.htm http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_corriente_alterna/ke_corriente_alterna_1.htm http://html.rincondelvago.com/condensadores-y-bobinas.html http://www.scribd.com/doc/17376448/CIRCUITOS

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http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=1&id_sec=7

Informe 3 de Laboratorio de Electrotecnia

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