UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOF . I . S . E . IFACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS, ELECTRONICA E INDUSTRIAL

FACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIAL PERODO ACADMICO: ABRIL/2015 AGOSTO/2015

FORMATO DE TRABAJO FINAL

I. PORTADA

Proyecto Acadmico

Ttulo: Prctica puente Wheatstone.Carrera:Electrnica y Comunicaciones.

rea Acadmica:Fsica y Electrnica

Lnea de Investigacin:Sistemas Electrnicos.

Ciclo acadmico y Paralelo:Tercero B

Alumnos participantes: Moya Carlos.Quinteros KarlaMdulo y Docente:Medidas Electicas Ing. Ayala Paulina

AMBATO-ECUADORII. INFORME DEL PROYECTO1. PP2. YY2.1 Ttulo

Implementacin prctica del Puente Wheatstone

2.2 Objetivos

Objetivo general:El objetivo de la presente prctica es la realizacin y demostracin del conocido Puente Wheatstone; con el cual se podr evidenciar su funcionamiento de una manera terica y prctica, aplicando los conocimientos adquiridos con anterioridad.

Objetivos especficos:

Conocer ms a detalle la utilizacin y funcionamiento de un puente Wheatstone.

Realizar y demostrar la utilizacin y funcionamiento de un puente Wheatstone de manera prctica y real.

Realizar clculos y demostrar la veracidad de la informacin obtenida de manera matemtica, con los datos medidos en el circuito.

2.3 Resumen

En el presente proyecto prctico se proceder a ensamblar un puente de Wheatstone pero variando los diferentes valores de las resistencias para poder evidenciar y calcular si se cumple o no la condicin del mismo; para aquello se proceder a utilizar distintos elementos electrnicos que permitan cumplir con dichos objetivos, logrando evidenciar el funcionamiento del proyecto.

2.4 Palabras clave:

PracticaCircuitoElectrnicoPuenteWheatstone

2.5 Introduccin

En el estudio de la electrnica se encuentran una infinidad de elementos, los cuales realizan diferentes funciones de una manera nica; pero al juntar varios de ellos en un circuito, se puede evidenciar que realizan diferentes funciones. Dependiendo de su composicin y distribucin, los distintos elementos pueden cumplir con diferentes objetivos, como es el caso del puente Wheatstone; cumple con ciertas especificaciones de acuerdo a los diferentes valores que se le asigne a las resistencias que conforman el mismo.

Un puente de Wheatstone se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos estn constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia de bajas medidas.

2.6 Materiales y Metodologa

Materiales Multmetro Resistencias de varios valores Potencimetro de varios valores Varias fuentes de voltaje Conectores o cables Protoboard Software Proteus

Marco terico

RESISTENCIAS

Se le denomina resistencia elctrica a la igualdad de oposicin que tienen los electrones al moverse a travs de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (), en honor al fsico alemn Georg Ohm, quien descubri el principio que ahora lleva su nombre. [1]

Una resistencia tambin llamado resistor es un elemento que causa oposicin al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensin (un voltaje).

Las resistencias o resistores son fabricadas principalmente de carbn y se presentan en una amplia variedad de valores. Hay resistencias con valores de Ohmios (), Kilohmios (K), Megaohmios (M). [2]

Los resistores son fabricados en una gran variedad de formas y tamaos.

En las ms grandes, el valor del resistor se imprime directamente en el cuerpo del mismo, pero en los ms pequeos no es posible. Para poder obtener con facilidad el valor de la resistencia / resistor se utiliza el cdigo de colores

Sobre estos resistores se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un nmero que se utiliza para obtener el valor final del resistor.

Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor. La tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final del resistor. La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, sta nos indica su confiabilidad

Los colores de las bandas de los resistores no indican la potencia que puede disipar, pero el tamao que tiene el resistor da una idea de la disipacin mxima que puede tener.

Los resistores comerciales disipan 1/4 watt, 1/2 watt, 1 watt, 2 watts, etc.A mayor tamao del resistor, ms disipacin de potencia (calor). [3]

RESISTENCIAS VARIABLES

La resistencia variable es un dispositivo que tiene un contacto mvil que se mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante. Este contacto mvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos resistencias cuyos valores son menores y cuya suma tendr siempre el valor de la resistencia total. [4]

Las resistencias variables se dividen en dos categoras:POTENCIOMETRO

Un potencimetro es un componente electrnico similar a los resistores pero cuyo valor de resistencia en vez de ser fijo es variable, permitiendo controlar la intensidad de corriente a lo largo de un circuito conectndolo en paralelo o la cada de tensin al conectarlo en serie.

Un potencimetro est compuesto por una resistencia de valor total constante a lo largo de la cual se mueve un cursor, que es un contacto mvil que divide la resistencia total en dos resistencias de valor variable y cuya suma es la resistencia total, por lo que al mover el cursor una aumenta y la otra disminuye. A la hora de conectar un potencimetro, se puede utilizar el valor de su resistencia total o el de una de las resistencias variables ya que los potencimetros tienen tres terminales, dos de ellos en los extremos de la resistencia total y otro unido al cursor.

Se pueden distinguir varios tipos de potencimetros:

Segn la forma en la que se instalan: para chasis o para circuito impreso. Segn el material: de carbn, de alambre o de plstico conductor. Segn su uso: de ajuste, normalmente no accesibles desde el exterior, o de mando, para que el usuario pueda variar parmetros de un aparato, estos a su vez pueden ser: rotatorios, se controlan girando su eje, deslizantes, cuya pista resistiva es recta y el cursor se mueve en lnea recta o mltiples. Segn su respuesta al movimiento del cursor pueden ser: lineales, logartmicos, sinusoidales y anti logartmicos. Potencimetros digitales: son circuitos integrados con un funcionamiento similar a un potencimetro analgico. [5]

REOSTATO

Un reostato, tambin conocido como restato, es el dispositivo de un circuito elctrico que permite modificar su resistencia. A travs del movimiento de un cursor o de un eje, el restato permite variar el nivel de la corriente.

Los restatos se conectan al circuito en serie. Es importante saber si su potencia y su valor son apropiados para manejar la corriente que circular a travs de l. En general los restatos tienen una gran resistencia y pueden disipar mucha potencia.

El reostato, en definitiva, regula la intensidad de la corriente, controlando la energa que pasa a la carga. Suelen emplearse en aquellos procesos que necesitan variar la resistencia y controlar la intensidad de la corriente elctrica, como ocurre cuando arranca un motor.Puede decirse que el reostato es una resistencia variable que cuenta con dos contactos. La resistencia tiene como misin resistir el flujo elctrico: a mayor resistencia, la corriente circular ms lento en el circuito. El reostato, al tener la capacidad de disminuir o incrementar la resistencia, posibilita modificar el nivel de corriente que fluye por el circuito elctrico. Para cumplir con su tarea, los restatos suelen contar con carbono u otro elemento aislante y con un control deslizante. [6]

Los potencimetros y los restatos se diferencias entre s, entre otras cosas, por la forma en que se conectan. En el caso de los potencimetros, stos se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de voltaje.

En el caso del restato, ste va conectado en serie con el circuito y se debe tener cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios)) que puede aguantar sea el adecuado para soportar la corriente I en amperios (ampere) que va a circular por l.

PUENTE DE WHEATSTONE

El puente Wheatstone es un circuito inicialmente descrito en 1833 por Samuel Hunter Christie (1784-1865). No obstante, fue el Sr. Charles Wheatstone quien le dio muchos usos cuando lo descubri en 1843.

El puente Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias. [7]

El puente de Wheatstone es un instrumento de gran precisin que puede operar en corriente continua o alterna y permite la medida tanto de resistencias hmicas como de sus equivalentes en circuitos de comente alterna en los que existen otros elementos como bobinas o condensadores (impedancias). [8]

Funcionamiento

La corriente que pasa por el galvanmetro depende de la diferencia de potencial entre los puntos c y d. La relacin matemtica que determina el valor de la resistencia desconocida se cumple solo cuando el puente esta en equilibrio, es decir, cuando el potencial en el galvanmetro es 0V, por lo tanto no existe corriente en l.

Cuestin por la que se hace necesaria la presencia del galvanmetro (para observar el punto donde no haya corriente y marque 0).Ahora bien, ste equilibrio aparece cuando el voltaje a-c es igual al voltaje a-d o el voltaje b-c sea igual al voltaje b-d, segn la terminal de la fuente que se tome en cuenta.

Entonces:

Como la corriente en el galvanmetro es 0, tambin se cumple:

Al sustituir (2 y 3) en (1), queda:

Esta ltima expresin es la expresin para el equilibrio del puente de Wheatstone, y, si R4 es Rx entonces la ecuacin que determinar el valor de Rx es:

[9]

TEOREMA DE THEVENIN

En la teora de circuitos elctricos, el teorema de Thvenin establece que si una parte de un circuito elctrico lineal est comprendida entre dos terminales A y B, esta parte en cuestin puede sustituirse por un circuito equivalente que est constituido nicamente por un generador de tensin en serie con una impedancia, de forma que al conectar un elemento entre los dos terminales A y B, la tensin que cae en l y la intensidad que lo atraviesa son las mismas tanto en el circuito real como en el equivalente.

El teorema de Thvenin fue enunciado por primera vez por el cientfico alemn Hermann von Helmholtz en el ao 1853,1 pero fue redescubierto en 1883 por el ingeniero de telgrafos francs Lon Charles Thvenin (18571926), de quien toma su nombre. [10]

Se debe realizar 2 pasos para encontrar el equivalente de Thevenin:

1. Encontrar el voltaje equivalente que se representa en las terminales c y d cuando se desconecta el galvanmetro del circuito2. Determinar la resistencia equivalente a los terminales c y d con la batera reemplazada por su resistencia interna.

[11]

MULTIMETRO

Un multmetro, a veces tambin denominado polmetro o tester, es un instrumento electrnico de medida que combina varias funciones en una sola unidad. Las ms comunes son las de voltmetro, ampermetro y hmetro

Existen distintos modelos que incorporan adems de las tres funciones bsicas citadas algunas de las siguientes:

Un comprobador de continuidad, que emite un sonido cuando el circuito bajo prueba no est interrumpido (Tambin puede mostrar en la pantalla 00.0, dependiendo el tipo y modelo). Presentacin de resultados mediante dgitos en una pantalla, en lugar de lectura en una escala. Amplificador para aumentar la sensibilidad, para medida de tensiones o corrientes muy pequeas o resistencias de muy alto valor. Medida de inductancias y capacidades. Comprobador de diodos y transistores.

Los multmetros digitales presentan una resistencia interna de 10 Megaohmios, mientras que los multmetros analgicos presentan una resistencia de 20 kilo ohmios. [12]

PROTEUS

Proteus es una compilacin de programas de diseo y simulacin electrnica, desarrollado por Labcenter Electronics que consta de los dos programas principales: Ares e Isis, y los mdulos VSM y Electra.

ISIS

El Programa ISIS, Intelligent Schematic Input System (Sistema de Enrutado de Esquemas Inteligente) permite disear el plano elctrico del circuito que se desea realizar con componentes muy variados, desde simples resistencias, hasta alguno que otro microprocesador o microcontrolador, incluyendo fuentes de alimentacin, generadores de seales y muchos otros componentes con prestaciones diferentes. Los diseos realizados en Isis pueden ser simulados en tiempo real, mediante el mdulo VSM, asociado directamente con ISIS.

ARES

ARES, o Advanced Routing and Editing Software (Software de Edicin y Ruteo Avanzado); es la herramienta de enrutado, ubicacin y edicin de componentes, se utiliza para la fabricacin de placas de circuito impreso, permitiendo editar generalmente, las capas superficial (Top Copper), y de soldadura (Bottom Copper). [13]

2.7 Resultados y Discusin

Para la realizacin del presente proyecto se ha considerado los siguientes valores de resistencias para su posterior implementacin en el circuito.

En el proyecto presentado a continuacin se va a realizar el anlisis de 3 circuitos de Puente Wheatstone, los cuales van a tener diferentes valores de resistencias y fuentes, los cuales se irn explicando detalladamente en la demostracin de cada uno de los mismos.

Para la realizacin de los siguiente circuitos se ha utilizado los siguientes valores de resistencias, tomando en cuenta sus valores de tolerancia, se ha procedido a realizar 2 tipos de clculos: el primero, utilizando las medidas indicadas por el fabricante incluyendo sus valores de tolerancia; y el segundo, midiendo los valores de las resistencias utilizando un instrumento adecuado para las mismas.

Cabe recalcar que para la demostracin de los valores de las diferentes resistencias desconocidas se procedi a utilizar una resistencia variable, en el caso de esta prctica se utiliz potencimetros de valores diferentes para poder lograr tener valores aproximados a los que se desea de la resistencia desconocida.

CIRCUITO 1

CALCULO REALIZADO CON LOS VALORES INDICADOS POR EL FABRICANTE.

V = 9V

CALCULO REALIZADO CON VALORES MEDIDOS.

V = 9V

SIMULACION DEL CIRCUITO EN PROTEUS

CIRCUITO EQUIVALENTE THEVENIN SI EXISTE UNA VARIACION Y EL VALOR DE LA RESISTENCIA DESCONOCIDA ES 1000 OHMIOS

En este caso de la simulacin en un software computacional, la resistencia que presenta el ampermetro es despreciable, y se procede a realizar los clculos con la siguiente informacin:

SIMULACION DEL CIRCUITO EN PROTEUS

Para la realizacin de la prctica, se ha tomado en cuenta los valores calculados mediante las formulas del circuito, los valores simulados en el programa de emulacin de circuitos Proteus, y los valores medidos con el instrumento electrnico conocido como multmetro.

VALORES DE CORRIENTE OBTENIDOS

MEDIDOSCALCULADOSSIMULACION

15,1 mA16,0 mA16,6 mA

CIRCUITO 2

CALCULO REALIZADO CON LOS VALORES INDICADOS POR EL FABRICANTE.

V = 9V

CALCULO REALIZADO CON VALORES MEDIDOS.

SIMULACION DEL CIRCUITO EN PROTEUS

CIRCUITO EQUIVALENTE THEVENIN SI EXISTE UNA VARIACION Y EL VALOR DE LA RESISTENCIA DESCONOCIDA ES 500000 OHMIOS

En este caso de la simulacin en un software computacional, la resistencia que presenta el ampermetro es despreciable, y se procede a realizar los clculos con la siguiente informacin:

SIMULACION DEL CIRCUITO EN PROTEUS

Para la realizacin de la prctica, se ha tomado en cuenta los valores calculados mediante las formulas del circuito, los valores simulados en el programa de emulacin de circuitos Proteus, y los valores medidos con el instrumento electrnico conocido como multmetro.

VALORES DE CORRIENTE OBTENIDOS

MEDIDOSCALCULADOSSIMULACION

15 uA18,2 uA18,2 uA

CIRCUITO 3

CALCULO REALIZADO CON LOS VALORES INDICADOS POR EL FABRICANTE.

V = 1.5 V

CALCULO REALIZADO CON VALORES MEDIDOS.

SIMULACION DEL CIRCUITO EN PROTEUS

CIRCUITO EQUIVALENTE THEVENIN SI EXISTE UNA VARIACION Y EL VALOR DE LA RESISTENCIA DESCONOCIDA ES 100000 OHMIOS

En este caso de la simulacin en un software computacional, la resistencia que presenta el ampermetro es despreciable, y se procede a realizar los clculos con la siguiente informacin:

SIMULACION DEL CIRCUITO EN PROTEUS

Para la realizacin de la prctica, se ha tomado en cuenta los valores calculados mediante las formulas del circuito, los valores simulados en el programa de emulacin de circuitos Proteus, y los valores medidos con el instrumento electrnico conocido como multmetro.

VALORES DE CORRIENTE OBTENIDOS

MEDIDOSCALCULADOSSIMULACION

3 uA3,06 uA3,06 uA

2.8 Conclusiones y Recomendaciones

Conclusiones

Entonces, se puede llegar a la conclusin que existe una significativa diferencia entre los valores que se indica por el fabricante debido a su rango de tolerancia, con los valores medidos con un instrumento.

Los valores de las tolerancias influyen de sobremanera en la realizacin de los clculos para el puente Wheatstone, por ello se debe realizar la prctica utilizando sus valores reales.

Se pudo concluir que, ya que la resistencia que posee el potencimetro varia con pequeos movimientos en su estructura, el medidor de corriente muestra esas diferencias reduciendo la cantidad de micro amperios hasta llegar a su punto de equilibrio, es decir 0.

Dependiendo de la distribucin de las resistencias, se va a tener un valor diferente en la resistencia desconocida, ya sea el caso de que se puede dar una resistencia de un gran valor o resistencias de valores inferiores a los 0 ohmios.

Se debe tomar en cuenta el sentido de la corriente en el circuito, ya que esta, dependiendo de la situacin y colocacin de los implementos, puede indicarnos valores positivos o negativos en el medidor de corriente.

En la calibracin del potencimetro, se pudo notar que cuando llega a su valor calculado, con el cual permite el equilibrio en el puente Wheatstone, la corriente que transcurre por los puntos determinados de estabilidad, llega a su valor mnimo, el cual es 0; pero si se varia de cierta manera el valor de la resistencia del potencimetro, la corriente que circula por los puntos antes mencionado comienza a incrementar.

El uso de equipo informtico para la realizacin de este tipo de prcticas es muy til ya que nos permite obtener los valores exactos que se desea y obtener mejores resultados al momento de efectuar la prctica.

Los valores obtenidos en los clculos pueden variar de acuerdo a los materiales utilizados, ya que los mismo influyen de sobremanera en los clculos; en el caso de los clculos del circuito Thvenin; alteran sus valores de acuerdo a sus tolerancias y rangos de error.

En los clculos del circuito Thevenin, al utilizar un simulador computacional, los valores alteran ya que la resistencia de los mismos, al ser simulados, se desprecia, pero al utilizar instrumentos electrnicos, como en el caso del multmetro, presentan una resistencia interna la cual influye en gran cantidad en las obtenciones de las medidas.

Recomendaciones

Para evitar realizar gastos innecesarios, se procede a revisar el inventario de elementos electrnicos que se posee en casa, de ser el caso de no contar con la cantidad necesaria de elementos, se proceder a la compra de los mismos.

Es recomendable utilizar una resistencia variable, en este caso un potencimetro, para dar los valores a las resistencias desconocidas ya que al no ser valores comerciales, es imposible conseguir el valor exacto de resistencia que necesitamos, esta es la razn principal del uso de un potencimetro en esta prctica de puente Wheatstone.

En el caso de no tener los elementos necesarios, en este caso las resistencias, es recomendable realizar primeros los clculos con valores de resistencias aproximados que se puedan conseguir, para su posterior compra en un almacn de elementos electrnicos.

Se recomienda utilizar potencimetros con diferentes rangos de valores ya que al ser mayor el rango de alcance del mismo, se torna un poco ms complicado llegar a un valor exacto, ya que su superficie de resistencia permite llegar hasta cierta cantidad dependiendo de su movimiento.

Para realizar las mediciones de la cantidad de corriente que se encuentra en los puntos respectivos del circuito, se recomienda utilizar un instrumento calibrado, de buena calidad, no solo en marca, sino en la exactitud y sensibilidad del mismo para poder lograr que los valores medidos se acerquen lo ms posible a los reales.

Se recomienda al realizar este tipo de prcticas, realizar varias pruebas para poder notar las diferencias que se presentan en los datos que se calculan, ya que dependiendo de la distribucin y de cmo se realice la conexin, los valores que se obtienen pueden variar.

Si es posible, utilizar programas especializados para la realizacin de la prctica, ya que los mismos nos permiten tener mejores resultados y visualizar de mejor manera los resultados que se obtuvieron de manera matemtica.

Al realizar este tipo de prcticas, se debe tomar mucho a consideracin con qu tipo de instrumentos se va a trabajar ya que de esto depende como se vaya a realizar los clculos, en el caso de la presente prctica, los instrumentos utilizados influyen en las medidas debido a su resistencia interna.

2.9 Referencias bibliogrficas

[1] P. Espinoza, wikipedia, Wikipedia S.A., 21 Junio 2013. [En lnea]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[2] F. Hernandez, Unicrom, Unicrom S.A., 13 Febrero 2012. [En lnea]. Available: http://unicrom.com/Tut_resistencia.asp. [ltimo acceso: 2015 Junio 2015].[3] H. Miranda, Unicrom, Unicrom S.A., 18 Enero 2013. [En lnea]. Available: http://unicrom.com/TuT_codigocolores.asp. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[4] F. Noriega, Unicrom, Unicrom S.A., 12 Mayo 2012. [En lnea]. Available: http://unicrom.com/Tut_resistenciavariable.asp. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[5] P. Gomez, Ingeniatic, EUIT S.A., 29 Octubre 2011. [En lnea]. Available: http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/556-potenci%C3%B3mmetro. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[6] S. Urquizo, Definicion, definicion.de, 14 Noviembre 2012. [En lnea]. Available: http://definicion.de/reostato/. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[7] D. Villacrez, Unicrom, Unicrom S.A., 12 Marzo 2012. [En lnea]. Available: http://www.unicrom.com/Tut_puente_wheatestone.asp. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[8] W. Andrade, Ecured, Ecured S.A., 18 Septiembre 2012. [En lnea]. Available: http://www.ecured.cu/index.php/Puente_de_Wheatstone. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[9] W. Noguera, Elimperioelectricista, Tangient S.A., 28 Abril 2012. [En lnea]. Available: http://elimperioelectricista.wikispaces.com/Mediciones+El%C3%A9ctricas. [ltimo acceso: 26 Junio 2015].[10] L. Munayco, Wikipedia, Wkipedia S.A., 12 Julio 2012. [En lnea]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Th%C3%A9venin. [ltimo acceso: 30 Junio 2015].[11] W. Andrade, Electronica facil, F.J.M. S.A., 19 Abril 2004. [En lnea]. Available: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Teorema-Thevenin.php. [ltimo acceso: 30 Junio 2015].[12] E. Acosta, Multimetrotecno, BLogspot, 12 Julio 2012. [En lnea]. Available: http://multimetrotecno.blogspot.com/2011/07/definicion.html. [ltimo acceso: 30 Junio 2015].[13] P. Olmedo, Wikipedia, Wikipedia S.A., 17 Octubre 2012. [En lnea]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Proteus_(electr%C3%B3nica). [ltimo acceso: 01 Julio 2015].

2.10. Fotografas y grficos

Mediciones en el circuito 1

Mediciones en el circuito 2

Mediciones en el circuito 3

Medidas Elctricas