INTRODUCCION

odos conocemos que cuando la parte teórica está desvinculada de la parte experimental, los conocimientos adquiridos no son asimilados a la perfección; es por ello que es muy importante la

parte experimental para el desarrollo del futuro profesional de ingeniería; no sólo porque consolida la parte teórica, sino porque realiza un rol importante en el proceso de aprendizaje.

Tstoy seguro que el estudiante de Ingeniería Mecánica Eléctrica debe desarrollar su capacidad de análisis, esto lo conseguirá

mediante la práctica, la investigación y el adiestramiento en el uso de la tecnología eléctrica.

E

ste manual de prácticas conseguirá que el estudiante de Ingeniería adquiera solidez en:E

a) La toma de datos o información.b) La organización y correlación de datos.c) La presentación de los datos en forma de gráficos, yd) La presentación de un informe de prácticas.

ecomiendo al estudiante de Ingeniería que realice las anotaciones correspondientes en sus cuadernos: la teoría, los

diagramas esquemáticos, los datos tomados, los gráficos conseguidos y las respectivas conclusiones de cada práctica realizada. Y así elaborará un buen informe de la misma.

R

Mi objetivo del presente manual de prácticas es:

1) Dar al estudiante una amplia gama de experiencias en técnicas, procesos, instrumentos y equipos.

2) Que el estudiante encuentre las aplicaciones de la teoría básica;3) Inculcarle confianza en si mismo y desarrollarle la capacidad de

trabajo en equipo.

as doce prácticas de laboratorio deben estimular al estudiante de Ingeniería para que razone y analice, por lo que determinaría en

gran medida la cadencia y profundidad de la enseñanza teórica aprendida en clase.

L

INDICE- INTRODUCCION...............................................................................

- INDICE............................................................................................

- RECOMENDACIÓN PARA LOS EXPERIMENTOS............................

- PRESENTACIÓN DEL INFORME DE PRÁCTICAS............................

- INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS DE CD O CC...................................

- CONSTRUCCION DE UNA FUENTE DE PODER………………………..

- MEDIDA DE RESISTENCIA................................................................

- CIRCUITO SERIE-PARALELO………………………………………………..

- ANÁLISIS DE MALLA Y NODAL.......................................................

- TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON..............................................

- POTENCIA Y MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA..........................................................................................

- EFECTO DE CARGA DE UN VOLTÍMETRO.......................................

- TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN Y RECIPROCIDAD........................

- CUADRIPOLOS......................................................................................

- CARACTERÍSTICAS DE CARGA Y DESCARGA DE UN CIRCUITO R-C...............................................................................

- OSCILOSCOPIO: FUNCIONAMIENTO...............................................

- EL OSCILOSCOPIO Y SU APLICACIÓN.............................................

- CIRCUITO DIFERENCIADOR E INTEGRADOR.................................

“CUANDO TENGO EL VALOR DE ALGO, ES CUANDO RECIEN EMPIEZO A CONOCERLO”

RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA REALIZACION DE

LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO.             Las siguientes recomendaciones tienen como finalidad orientar el trabajo del alumno antes y durante la realización de  cualquier sesión de Laboratorio.             a) Una vez que el alumno haya adquirido el presente Manual deberá leer el contenido de la práctica correspondiente con el fin de conocer los objetivos que se persiguen y los procedimientos establecidos para cada experiencia o experimento.            b) El alumno debe preparar una hoja para registrar los datos que obtenga en cada experiencia.             c) Tomando en cuenta el listado de materiales trate de identificarlos y de familiarizarse con su apariencia física real.  No olvide aprender el nombre correcto de cada elemento o instrumento, tratando siempre de utilizar el lenguaje descriptivo o la terminología técnica adecuada para referirse a ellos.            d) TRABAJE DE LA FORMA MAS ORDENADA POSIBLE.           e) Cuando manipule cualquier instrumento de medida, asegúrese de conocer la forma de hacerlo funcionar adecuadamente (de ser necesario consulte al profesor).                                                                         f) Recuerde que los procedimientos descritos para cada experiencia o experimento están en relación directa con los objetivos de la práctica, de ahí la necesidad que se tiene de emplear la agudeza en cada observación que se haga.  Dichas observaciones le pueden servir de base para realizar las conclusiones del Informe.            g) A medida que vaya recopilando datos no olvide registrarlos en la hoja preparada para tal fin, teniendo la precaución de escribir las unidades correspondientes a cada magnitud física medida.              h) EJERCITE SU ESPIRITU DE CONSERVACION: NO DETERIORE LOS MATERIALES, LOS INTRUMENTOS, NI LAS MOBILIARIO DE TRABAJO.            i) Cuando detecte que cualquier elemento o instrumento está en mal estado o defectuoso repórtelo inmediatamente al Profesor del curso.                        j) LOS OBJETIVOS DE CADA PRÁCTICA DEBEN SER INFERIDOS POR EL ALUMNO LUEGO DEL DESARROLLO DE LAS MISMAS. 

RECOMENDACIONES PARA LA REALIZACION DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIOS

I. PREPARACIÓN:

1. Lea la guía de prácticas de laboratorio y comprenda el contenido de ella (titulo, objetivo, materiales y equipo, procedimientos,

cuestionarios). 2. Prepare los equipos y los materiales a usar. 3. Compruebe los instrumentos y equipos: * Los interruptores deben estar en ON. * El selector de los instrumentos deben estar en rango máximo. * Si se usan instrumentos analógicos, verifique el ajuste mecánico a cero. 4. Revisar el buen estado de los componentes eléctricos (resistores,

condensadores, bobinas, conductores, etc.) con los instrumentos.

II. CONSTRUCCIÓN DEL CIRCUITO:

1. Disponga los equipos e instrumentos de una forma ordenada, para su fácil manejo.

2. En los instrumentos analógicos existen ciertos símbolos que indican la posición de uso: posición horizontal, posición vertical o inclinada

3. En los medidores digitales, no interesa la posición para una correcta medición

4. Use la convención de cable rojo en los terminales positivo y cable negro en el terminal negativo.

5. En caso de conectar a la fuente de C.C un voltímetro y amperímetro, tener cuidado con la polaridad de los

instrumentos.

6. Recuerde que el amperímetro se conecta en serie y el voltímetro su conexión es en paralelo.

7. Cuando no entiende la polaridad piense en la dirección de la corriente.

8. Instale convenientemente los componente a utilizar en el protoboard, recuerde que las resistencias no tienen polaridad, las bobinas no presenta polaridad y los condensadores si son electrolíticos se deben de instalar adecuadamente, los otros no

tiene polaridad. 9. Revise nuevamente el circuito construido y tenga cuidado de hacer cortocircuito y la polaridad de los instrumentos. 10. Suministre energía eléctrica al circuito, pudiendo tomarla del

enchufe de la pared o de una extensión.

III. MEDICION:

1. Comparta las tareas con los integrantes del grupo para hacer la práctica eficazmente (por Ej. instalar los instrumentos, lectura

del valor medido, anotar los datos, etc.). 2. Tener cuidado que los instrumentos de medición estén en los

rangos máximo y después, cambiar de rango hasta obtener la máxima deflexión de la aguja si es Analógica, en los digitales con decimales significativos (de ordinario dos decimales)

3. Cuando lea la indicación del medidor, lea la cifra correcta, evitando el error de paralelaje.

4. Compruebe que los datos obtenidos estén conforme a la teoría. 5. Si no están conforme, piensa en el motivo de la falla y

luego proceda a medir nuevamente.

EJ. UNA MEDICION DE VOLTAJE, CONEXIÓN EN PARALELO

EJ. UNA MEDICION DE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE, CONEXIÓN EN SERIE.

IV. DESPUÉS DE LA PRÁCTICA:

1. Disminuya a cero los valores de salida de las fuentes. 2. Ponga el selector de los medidores en el rango máximo o apagado. 3. En caso del ohmimetro, no, ponga el rango del selector de ohmio,

ponga en OFF o rango máximo de corriente si es multitester analógico.

4. En el caso del osciloscopio, baje la luminosidad del punto. 5. Corte la energía eléctrica. 6. Guarde los equipos e instrumentos en un lugar en donde no haya

polvo, humedad, rayos de sol y vibraciones. 7. Cúbralos necesariamente si están en la intemperie

V. ORDEN DE LOS DATOS :

1. Si necesita hacer cálculos, hágalos llenando las tablas de datos, tener cuidado de poner la cifra adecuada.

2. Dibuje la curva pedida, cuando se relación dos variable medidas o una en función de la otra

3. Compare el valor de la teoría con el valor medido y analice la diferencia entre estos, esto se denomina tabla de divergencia.

Ej:

N 1 2 3 4 5 6Valor teórico

( V T )10.

311.4 10.

410.

612.

311.

5Valor

experimental (V E )

10.2

11.35

11.1

10.5

12.6

11.3

Error Absoluto ( E A )

0.1 0.05 0.7 0.1 0.3 0.2

Error Relativo ( E R ) %

0.97

0.44 6.73

0.94

2.44

1.74

Donde:

N = Es el número de mediciones efectuadas.

V T = es el valor obtenido según los datos teórico o bien

Obtenido en forma indirecta.

V E = Es el valor obtenido al utilizar un instrumento de Medida.

E A =

E R =

4. Escriba un Informe de Practicas, según los puntos que se indican:

- Objetivo. - Fundamento teórico.

- Equipos, instrumentos y materiales. - Procedimiento.

- Cálculos y resultados. - Conclusiones y sugerencias.

PRESENTACIÓN DEL INFORME DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

l informe de las practicas de laboratorio , es el trabajo por escrito en el que se da cuenta del trabajo realizado por el alumno, en el

que se contempla si hubo ese afianzamiento de la teoría con lo experimental. Es conveniente, que como una práctica de aprendizaje, el informe sea preparado por cada estudiante con sus propias palabras, mostrando claridad y capacidad de síntesis, a fin de quien lo lea, entienda de qué se trata; por otro lado se requiere que el trabajo sea limpio y ordenado, es decir debe tener buena presentación.

E

s mejor que el informe sea redactado en forma impersonal (empleándose las expresiones: se midió, se obtuvo, etc.), pues

quien lo lea, no tendrá mayor interés en saber quienes hicieron el experimento; pero si qué se midió? Cómo se midió?, etc. Cuidado, esto no quiere decir que el informe sea anónimo, aquí la referencia es sobre la redacción. El informe que el estudiante de Ingeniería presentara al cabo de finalizar la práctica correspondiente constara de los sgte. Ítems:

E

I. OBJETIVO:

Se refiere a los objetivos del experimento; esta parte es sumamente valiosa porque aquí se precisa el norte del trabajo. El proceso enseñanza-aprendizaje por objetivos hace tanto el estudiante como el profesor entren o focalizen su atención, alcanzando una mayor eficiencia en la transmisión de conocimientos y experiencias.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Es un desarrollo detallado y conciso de la teoría correspondiente al experimento, debiendo deducirse las fórmulas involucradas. Al final del informe es necesario refería la bibliografía consultada.

III. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

Consiste en la referencia de los materiales, instrumentos eléctricos y equipos que se van a utilizar en la práctica; incluyendo las características de estos últimos. Si es necesario, se realizara los

diagramas esquemáticos de cada parte (equipo o material) así como del montaje del experimento.

IV. PROCEDIMIENTO :

Consiste en la descripción de la manera como UD. ha realizado el experimento (o el grupo lo ha llevado a cabo), resaltando detalles importantes. Las hojas de datos deben ser claras, acotando observaciones si fueran necesarias. Por lo general los datos son tomados en grupo por los integrantes de la mesa de trabajo.

V. CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Esta parte consiste en la solución del cuestionario que se plantea en la guía de laboratorio y los que adicionalmente considere el profesor. Las operaciones que se requiera deben ser explicitas, sin llegar a desarrollar las triviales. Los resultados deben ser claros y las magnitudes con sus respectivos errores o incertidumbres (cuadro de divergencias) correspondiente. En esta parte también irán las tablas que se confeccionen, los gráficos o curvas características.

VI. CONCLUSIONES :

Esta parte incluye:

a) Opinión sustentada acerca de si se han comprendido y alcanzado los objetivos de los experimentos o hasta que grado han sido posible tenga en cuenta los resultados incluyendo los errores

experimentales. b) Comentario y explicación acerca de los resultados. c) Sugerencia para mejorar el experimento o eventualmente proponer otro experimento alternativo referido a los mismos objetivos.

LABORATORIO N• 01

INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS

I. OBJETIVOS:

- Reconocer los principales instrumentos eléctricos utilizados en la instalación, mantenimiento y reparación de plantas industriales.

- Aprender el manejo o uso de los principales instrumentos.

II. EQUIPOS E INSTRUMENTOS :

- Fuente de alimentación de c.c. - Generador de señales de audio frecuencia: senoidal, cuadrada y triangular. - Amperímetros Analógicos de C.C. y de C.A. - Voltímetros Analógicos de C.C. y de C.A. - Probador de Nivel de alta Tensión y de Baja Tensión. - Osciloscopio de doble canal. - Vatímetro analógico de c.c. - Multitester analógico y digital.

III. PROCEDIMIENTO:

Explicación de los instrumentos eléctricos (funcionamiento y operación).

IV. CUESTIONARIO:

1) Cuales son las principales Normas de Seguridad en el Laboratorio? 2) Cual es la clasificación de los instrumentos eléctricos, según

el principio de funcionamiento? Hable de cada uno de ellos. 3) Cual es la Simbología eléctricas utilizada en los instrumentos

eléctricos? Confeccione una tabla. 4) Aclare los conceptos de: Medición, exactitud, precisión, grado

de precisión, resolución, sensibilidad voltimétrica, sensibilidad amperimetrica. Según la Electrotecnia.

5) Cuales son las instrucciones básicas para el empleo de los Voltímetros, Amperímetros, Vatímetros y Multitester?

6) Explíquese, describiendo los efectos sobre los medidores y sobre los circuitos que se está midiendo, por qué nunca se

debe conectar un voltímetro en serie o un amperímetro en paralelo con el circuito que se está midiendo.

7) ¿Qué funciones realizan los resortes de torsión en el movimiento de en el movimiento de D’Arsonval?

8) Un voltímetro típico de tubo de vacío tiene una resistencia de entrada de 11m . Si se usara un movimiento de D’Arsonval para construir un voltímetro, ¿qué sensibilidad debería tener el movimiento si el instrumento tuviera la misma resistencia de entrada que el instrumento de tubo de vacío si se emplea en su escala de 0 a 10V?

9) ¿Cuál será la acción de un movimiento de D’Arsonval con el cero al centro de la escala, si se emplea para hacer mediciones en los siguientes circuitos de C.A.?a) Circuito energizado con una fuente de voltaje conoidal de 60 Hz.b) Con una fuente no periódica que varía lentamente (menos de 5 Hz)

10) Si un amperímetro de dinamómetro responde a i2 y un amperímetro de rectificador a Iprom explíquese cómo pueden usarse ambos tipos de amperímetro para indicar los valores rms de las corrientes.

11) Indique los errores más usuales en los medidores eléctricos?

LABORATORIO N• 02

CONSTRUCCION DE UNA FUENTE DE PODER

I. OBJETIVOS:

- Construir un equipo electrónico capaz de convertir la energía eléctrica de corriente alterna en corriente continua.

- Adiestrar al estudiante en el manejo de los componentes de una fuente de poder.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Si deseamos hacer funcionar un aparato electrónico, como una radio, un televisor, video grabadora, etc. Necesitamos de una fuente de energía; y la mas usada en el Perú y en el mundo es la energía eléctrica, y esta se distribuye a la industria, casas-viviendas; en corriente alterna con tensión eficaz de 220 V y con una frecuencia de

60 Hz. Y los aparatos electrónicos en general funcionan con corriente continua y con voltajes bajos ( 3, 6, 9, 12, 24, ….voltios ).

Entonces debe existir un medio que sea capaz de convertir la señal alterna en señal continua. Este medio es la Fuente de Poder o también llamada Fuente de Alimentación, Eliminador de pila.

Una fuente de poder es un conjunto de dispositivos eléctricos y electrónicos: Transformador, Resistores, Capacitares, Diodos, Transistores, Circuitos Integrados, inductores, etc. La función de una fuente de alimentación es obtener a partir de una tensión alterna de la red local (220V) voltaje continuo.

Toda fuente de poder presenta como mínimo las sgtes. Etapas:}A) TRANSFORMADOR: Es un elemento eléctrico que trasfiere energía de un circuito a otro, utilizando el principio de la INDUCCIÓN ELECTROMAGNETICA. Siendo necesarios tres elementos en un transformador:1. Bobina primaria: Por la cual circula la corriente suministrada por la fuente de la red de 220 V.2. Bobina secundaria: Sobre la cual se induce las corrientes que alimentaran a las cargas.3. Núcleo Magnético: formado por “chapas”, encargado de canalizar el máximo flujo magnético entre las bobinas.

Al construirse un trasformador, para una aplicación en particular son muchas las consideraciones que debe tenerse en cuenta, el diseñador. Ellas incluyen eficiencia del transformador, su respuesta en determinadas gamas de frecuencia, el flujo magnético, etc.

Los bobinados, de todos los tipos de transformadores con hilo de cobre esmaltado, con el objeto de conseguir un adecuado aislamiento eléctrico entre las espiras contiguas de arrollamiento. Generalmente primero devanan el primario y luego el secundario, que puede ser de una salida y varios voltajes,

La potencia del transformador, lo determinan el tamaño del núcleo. Para diseñar o comprar se debe tener en cuenta los siguientes datos:

1.- Tensión de entrada V1.

2.- Tensión de salida V2.

3.- Intensidad de salida I2.

4.- Frecuencia de trabajo.

En el grafico se observa el símbolo de un transformador, una bobina sin núcleo y un transformador no lineal.

B) RECTIFICACIÓN: Para ello se utiliza el diodo, la función del diodo o conjunto de diodos (puente rectificador) en un circuito, es actuar como rectificador de corriente o señal, es decir, permite el pasote la corriente en un solo sentido, cuando esta diseccionado de ánodo a cátodo, y tiene la función de impedir el paso de la corriente, en sentido contrario

En las graficas observamos los símbolos que representan a los principales tipos de Diodos, de izquierda a derecha se observa al diodo rectificador, le sigue el diodo zener, el diodo emisor de luz (LED) y punte rectificador.

Existen diversos tipos de rectificadores, se pueden clasificar en rectificadores de media onda y de onda completa.

C) FILTRO: El tercer bloque de una fuente de poder, es el circuito de filtro o filtrado. Con este circuito se trata de aproximar las formas de onda a corriente continua. Para realizar esta operación, se utiliza la propiedad que tienen los condensadores de cargarse y descargarse. Cuando el condensador recibe el voltaje pulsante que viene del rectificador (el diodo convierte la señal alterna en señal pulsante) se carga según el valor máximo o voltaje de pico, el tiempo de carga va a depender del sistema resistivo asociado.

Cuando empieza a descargarse, recibe otra vez la carga del nuevo pulso; de este modo sostiene permanentemente un voltaje estable entre sus terminales. En la onda de salida permanece una pequeña ondulación que se llama rizado o ripple en Ingle. Este rizado es mayor cuando aumenta la corriente de carga y depende del valor en microfaradios del condensador, que actúa como filtro, ya que según este valor el condensador se descargará mas o menos rápidamente.

El fenómeno conocido como “zumbido” en los equipos de audio; se puede rebajar es ruido de fondo aumentando el valor en microfaradio del condensador filtro.

En grafico se observa los símbolos de los condensadores: el de la izquierda es un no polarizado o también llamado de corriente alterna o de paso, el siguiente se denomina capacitor polarizado o electrolítico y el tercero es un capacitor variable.

D) REGULADOR: Para evitar las variaciones de voltaje se debe agregar a la fuente, un circuito adicional que regule el voltaje de salida de corriente, aunque haya variaciones de voltaje en la entrada de corriente alterna (C.A.) o varié la carga conectada a la fuente de poder.

Estos circuitos reguladores pueden ser muy simple, utilizando diodos Zener y resistencias o con circuitos integrados. A este tipo de circuitos reciben el nombre de fuentes reguladas lineales.

Fuente de Tensión 4 A

El circuito sirve para alimentar diversas aplicaciones en las cuales el consumo no sea mayor a 4 A. El puente de diodos junto con el capacitor C1 se encarga de rectificar la tensión de entrada. El diodo D5 se encarga de proporcionarle la tensión de referencia al transistor de regulación T1. Variando la tensión de base se produce variación de la tensión de salida. Si la corriente de salida o la tensión de entrada

varían, este variará su polarización, de forma que T2 y T3 conduzcan más o menos estabilizando así la tensión de salida.

El sistema de protecciones formado por T4 y D6, protege a la carga contra tensiones superiores a 15 voltios, cortocircuitando la salida de la fuente.

Componentes:Resistencias

R1=1KW 1/8W R2=100W 1/8W R3=470W 1/8W R4=1KW 1/8W R5=220W 1/8W R6=1KW 1/8W

Capacitores C1= C'1= 4700 uF 35V electrolítico C2=10 uF 16V C3=10 nF C4=10 nF C5=470 uF 25V C6=47 nF

Semiconductores Puente rectificador 6A 1000V D1= zenner 6,2V 1/2W D2= zenner 12V 1W T1= BC549 T2=TIP 29 T3= 2N3055

Varios P1= preset 4,7KW Transformador 220V/20V 4A Fusible 4A Disipador para T3

Fuente de Tensión Integrada

Este circuito es ideal por su simpleza y grandes prestaciones. Puede ser utilizado como fuente de laboratorio y de uso general por sus grandes prestaciones.El corazón del circuito es un LM 317k ó LM350K que es un regulador integrado de 5A, con protecciones contra cortocircuitos y sobrecalentamientos, por lo que su vida útil es virtualmente eterna. Dicho CI permite, con uno pocos componentes externos, realizar una fuente estabilizada variable entre 1,2 Voltios (tensión de referencia interna) y 30/33 Voltios aproximadamente.El único tratamiento que recibe la C.A. proveniente del transformador es el rectificado, de regular la tensión y mejorar el riple se encarga el LM 317k.los condensadores de 100 nF y 47 uF evitan posibles oscilaciones y mejoran el rechazo al riple.

III. EQUIPO, INSTRUMENTOS Y MATERIALES- Un diagrama esquemático de una fuente de alimentación- Un transformador de 220 V a 30 V x 3 Amp.- Diodos Rectificadores.- Condensadores Electrolíticos.- Componentes Varios.

IV. PROCEDIMIENTO:01. Elegir un circuito de una fuente de alimentación según los

requerimiento, indicados.02. Armar la fuente en un protoboard y analizarla.03. Diagramar el circuito en una placa impresa.04. Procesar la Placa impresa con los fijadores químicos.05. Instalar los diversos componentes en la placa impresa.06. Acondicionar la fuente en una caja Metálica o de madera.07. Efectuar las pruebas respectivas, según las indicaciones del

profesor.

V. CUESTIONARIO:01. Indique los valores de tensión en cada etapa y las formas de

ondas respectivas.02. ¿Qué sucede al medir la tensión sin carga y a plena carga.

Indique las causas y como resolver el problema de la variación del voltaje?

03. ¿Cuales son las especificaciones de la fuente de poder de corriente directa?

04. ¿Cómo usar una Fuente de Poder y describa el funcionamiento de su F. P?

05. ¿Qué quiere decir polarización de una pila? ¿Cómo se reduce la polarización en la pila zinc-carbón?

06. ¿Qué es el factor de rizo? ¿Cómo se determina y su regulación?07. ¿Qué quiere decir regulación de una Fuente de Poder?08. ¿Cuál es el objeto de una fuente de poder y por qué se debe

rectificar la potencia de ca para su uso en circuitos electrónicos?

09. Indique las ventajas y desventaja de una pila primaria, pila secundaria, una pila seca, pila húmeda y batería.

LABORATORIO N• 03

MEDIDA DE LA RESISTENCIA ELECTRICA

I. OBJETIVOS: - Identificar los componentes eléctricos lineales: Resistores. - Reconocer el Valor Nominal de los Resistores de Carbón y de

cerámica: según código de colores y los datos dados por los fabricantes.

- Analizar y verificar en forma experimental la relación que existe entre la tensión y la corriente en un elemento puramente resistivo.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Las resistencias se emplean para muchos fines tal como en calentadores eléctricos, elementos de corriente y de voltajes y dispositivos limitadores de corriente; como tales, sus valores y tolerancias de 0.1 hasta muchos Megaohmios. Las tolerancias aceptables pueden ir desde más o menos 20% (resistencias de los elementos calefactores) hasta más o menos 0.00001% (resistencia de precisión en los instrumentos sensible de medición).

Como ningún material o tipo de resistencia se puede emplear para abarcar todos los rangos y tolerancias, se deben emplear muchos diseños diferentes. Los más comunes de ellos se describen a continuación. Los tipos más comunes de resistencias son las resistencias de carbón, están fabricados de gránulos de carbón presionados en calientes mezclados con cantidades variables de material de relleno para lograr un amplio rango de valores de resistencias. Estas resistencias tienen la ventaja de ser baratas, confiables y están notablemente libres de capacitancias e inductancias parásitas. Sin embargo sus tolerancias de 5 al 20 % los comparan en forma desfavorable con la mayor parte de los demás tipos de resistencias y sus coeficientes de temperatura (cambio porcentual del valor de la resistencia por cada grado de temperatura) son relativamente altos. La resistencias de alambre enrollado se fabrican más que nada para tres aplicaciones: * alta precisión. * Baja resistencia. * Alta disipación de potencia.

Consiste de tramos de alambre enrollado alrededor de un núcleo cilíndrico aislante. El rango de tolerancia típicos van de 0.001 hasta 1%, cuando se fabrican con aleaciones de bajo coeficientes de temperatura resultan resistencias muy precisas y estables. Se pueden fabricar para disipar hasta 200 W de potencia. Se pueden depositar película muy delgada de metal y de carbón sobre materiales aislantes para proporcionar trayectorias con muy altas resistencias. Las resistencias de metal y las resistencias de Película de Carbón que se fabrican con esos procesos pueden tener valores de hasta 10,000M. La exactitud y estabilidad de esas resistencias se puede comparar con la de las resistencias de alambre enrollado. Además, las resistencias poseen características de bajo ruido y baja inductancia.

TIPOS DE RESISTORES: 1. Resistores de carbón: Son de forma cilíndrica y poseen una

serie de bandas de colores sobre su cuerpo, mediante las cuales se puede determinar el valor de resistencia eléctrica que le van a ofrecer a la intensidad de corriente. Es el tipo de resistor que se utilizará en esta sesión de laboratorio. Los

valores comerciales de potencia, para resistores de carbón,

, , , 1 y 2 vatios.

2. Resistores de alambre: Cubren la gama de potencia comprendida entre 2 y 5 vatios y traen impreso, directamente sobre su cuerpo, tanto el valor ohmico que representan como la potencia de disipación que soportan.

3. Resistores de arena o cemento: Son resistores especialmente construidos para soportar potencias superiores a los 5 vatios.

Generalmente tienen forma de caja rectangular y sus terminales van dispuestos en forma axial.

4. Resistores variables: Están construidos por un conductor metálico arrollado sobre un núcleo de cerámica. Son de uso común y pueden ser conectados como Potenciómetros ó como Reóstatos. Un ejemplo de este tipo de resistores lo encontramos en los controles que nos permiten modificar el volumen en un radio, equipo de sonido, o televisor.

RESISTOR DE CARBON

CÓDIGO DE COLORES DE LOS RESISTORES DE CARBON

Las resistencias o resistores son dispositivos que se usan en los circuitos eléctricos para limitar el paso de la corriente, las resistencias

de uso en electrónica son llamadas "resistencias de carbón" y usan un código de colores como se ve a continuación para identificar el valor en ohmios de la resistencia en cuestión.

El sistema para usar este código de colores es el siguiente: La primera banda de la resistencia indica el primer dígito significativo, la segunda banda indica el segundo dígito significativo, la tercera banda indica el número de ceros que se deben añadir a los dos dígitos anteriores para saber el valor de la resistencia, en la cuarta banda se indica el rango de tolerancia entre el cual puede oscilar el valor real de la resistencia.

Tolerancia: Es el margen de error, superior o inferior, en el que puede variar el valor esperado de una resistencia.

Primer dígito: Amarillo = 4

Segundo dígito: Violeta = 7

Multiplicador: Rojo = 2 ceros

Tolerancia: Dorado = 5 %

Valor de la resistencia: 4700 W con un 5 % de tolerancia.

TABLA DEL CODIGO DE COLORES:

Colores 1a Cifra 2a Cifra Multiplicador Tolerancia

Negro . 0 0 .

Café 1 1 x 10 1%

Rojo 2 2 x 102 2%

Naranja 3 3 x103 .

Amarillo 4 4 x104 .

Verde 5 5 x105 0.5%

Azul 6 6 x106 .

Violeta 7 7 x107 .

Gris 8 8 x108 .

Blanco 9 9 x109 .

Oro . . x10-1 5%

Plata . . x10-2 10%

Sin color . . . 20%

III. EQUIPO, INSTRUMENTOS Y MATERIALES :

- Una Fuente de Alimentación de C.C.- Un Multitester: - Varios Resistores de Carbón y de Cerámica.- Una Resistencia Variable o potenciometro.

IV. PROCEDIMIENTO:

1. Leer el valor nominal registrado en el cuerpo físico de los resistores de cerámica de por lo menos 10 resistores (tabla # 01).

2. Utilizando el ohmiómetro medir la resistencia de cada resistor.

3. Determinar por el código de colores el valor de por lo menos 10 resistores de carbón (tabla # 01).

4. Con el ohmimetro medir el valor de cada resistor.

5. Construir en el protoboard cada uno de los circuitos indicados

6. Construir en el protoboard el siguiente circuito:

7. Variar la tensión de alimentación entre 0 y 30 V, variando cada 3V y anotar los valores obtenidos del voltímetro y del amperímetro en la tabla # 02.

8. Repetir el paso anterior para dos resistores diferentes más.

9. Armar el circuito siguiente, en el protoboard:

10. Regular la resistencia variable hasta obtener en el voltímetro V1 la tensión de………V.

11. Mantenga constante la tensión de la fuente y variar la resistencia, obtener por lo menos 15 mediciones y anótelos en la tabla # 03.

V. CUESTIONARIOS:

1) Comparar los datos obtenidos en la tabla # 01 (cuadro de divergencias). 2) Representar gráficamente las curvas de corriente en función

de la tensión de cada resistor (tabla # 02). 3) Presentar en un solo gráfico las tres pendientes

correspondientes a los tres Resistores respectivamente y emitir un juicio.

4) Con los datos obtenidos en el paso (08) del procedimiento, graficar la curva de la resistencia, tomando como abscisa la corriente y como ordenada la tensión.

5) Determinar una ecuación para hallar “R” en función de las

otras variables Medidas, según el grafico del paso 09. 6) Confeccionar una tabla de “R” obtenida con la Ec. Anterior (tabla # 03) 7) Comparar “R” obtenida por la Ec. y con el valor medido de

“R” directamente Con el ohmiómetro (cuadro de divergencia). 8) Explíquese la diferencia entre un reóstato y un

potenciómetro. 9) Si la armadura de un motor de arranque automotriz tiene una

resistencia de 0.028 , y el automóvil emplea un acumulador de 12 V, calculase la corriente que toma el motor de arranque cuando se conecta con el acumulador. ¿Cuál es la conductancia de ese motor?

10) Diséñese un divisor de voltaje cuyas salidas sean 1.0V, 3.0V, 7.5V y 15V. Supóngase que la fuente de voltaje es una batería de 15V y que no se toma corriente de las terminales de salida. ¿Cuál es la potencia disipada?

11) Hágase una lista de los principales Puentes de Medición de Resistencia e indique su funcionamiento.

ANEXOS:

R1 R2 ........................... R10C.C.C.O.

TABLA # 01

V(V) 0 3 6 .......................................................30IR1IR2IR3

TABLA # 02

TABLA # 03

TABLA DE COMPARACIÓN O DE DIVERGENCIAN 1 2 3 ........................... 14 15VTVEEAER

LABORATORIO N• 04

CONEXIÓN SERIE-PARALELO, DELTA- ESTRELLA

I. OBJETIVO:

- Determinar las características de los elementos cuando está conectados en serie o en paralelo.- Establecer las relaciones entre la conexión Estrella y Delta.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Cuando se diseñan circuitos eléctricos y/o electrónicos, muchas veces no están disponibles -comercialmente- los valores de los resistores obtenidos por cálculo, razón ésta por la que se hace necesario interconectar los resistores expendidos por las casas especializadas, en la venta de estos dispositivos.

Las distintas asociaciones de resistores (serie, paralelo y mixto), surgen como respuesta a ésta situación problemática. Luego, es pertinente conocer las leyes que rigen el funcionamiento de las mencionadas asociaciones.

Cuando se aplica un voltaje a los terminales de un resistor, a través de él, circula un flujo de electrones (intensidad de corriente eléctrica), el cual está limitado por el valor del resistor (resistencia).Un factor importante que se debe tomar en cuenta, al suministrarle energía a un circuito compuesto por resistores, es LA POTENCIA, la cual es una propiedad que tienen los cuerpos de liberar calor al ambiente cuando a través de ellos circula un flujo de electrones.

Algunas de las expresiones matemáticas que permiten

determinar la potencia de disipación de un resistor, son: RIP *2 = V / R= V * I

Si un resistor es de carbón, observando su tamaño se puede determinar la potencia que disipa, y por el código de colores su valor ohmico; entonces la ecuación anterior, permite calcular el valor de corriente máxima que puede soportar cualquier resistor sin correr el riesgo de dañarlo o calentarlo extremadamente.

A continuación se indica en que consiste la conexión de cada una de las asociaciones de resistores mencionadas

a) Resistores en serie : Basta con colocar un resistor a continuación de otro, es decir, unir un extremo de cualquier resistor con el extremo de otro resistor (simulando la construcción de una cadena). Se dice que un circuito está en serie cuando existe uno y solo un camino para la intensidad de la corriente eléctrica, como se muestra a continuación:

FIGURA # 01

La caída de tensión entre los extremos de cada resistor se puede calcular por la ley de Ohm tal como sigue V1 = IR1; V2= IR2; V3 = IR3. La suma de las tres caídas de tensión debe ser igual a la tensión aplicada E . Por consiguiente se tiene:

E = V1 + V2 + V3

Si sustituimos las ec. Anterior, se tiene:

E = IR1 + IR2 + IR3

Al sacar el factor común “I” se tiene:

E = I ( R1 + R2 + R3 )

Por lo tanto la resistencia total vista por la fuente es R1 + R2

+ R3 . En general, para N resistores en serie, la resistencia total RT es:RT = R1 + R2 + R3 +........... + R N.

b) Resistores en paralelo : Se dice que los elementos de un circuito están conectados en paralelo cuando le proporcionan al flujo de electrones más de un camino para su circulación. Se

conectan los resistores de tal forma que se conformen los peldaños de una escalera, como se muestra a continuación:

FIGURA # 02

Por definición, en un circuito en paralelo la tensión es común a todas las ramas del circuito. Consideremos el ckto paralelo de la fig. 02. Como la tensión es la misma entre los extremos de cada resistor, las corrientes de rama son :

I1 = E / R1 ; I2 = E / R2 ; I3 = E / R3

La corriente total ( IT ) que provee las batería es igual a la suma de las corrientes de las tres ramas y se expresa por :

IT = I1 + I2 + I3

Sustituyendo las ec. se obtiene:IT = E / R1 + E / R2 + E /

R3 Sacando el factor comun

IT = E ( 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 )

Encontramos una resistencia equivalente RT , de la sgte forma :

1 / RT = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

c) Resistores en conexión mixta : Es una combinación de a y b, es decir, aparecen resistores en serie y en paralelo con la fuente de poder, como se muestra en la siguiente figura:

FIGURA # 03

d) Conexión Estrella –Triángulo : En los circuitos es frecuente encontrar conexiones de resistencias que no se pueden resolver mediante los métodos vistos hasta el momento. Un caso de es tipo es la conexión de resistores en triángulo (Delta) , como en la fig. # 04. En este circuito no se pueden simplificar las resistencias R1, R3 y R2, pues no están ni en serie ni en paralelo.

FIGURA # 04

Sin embargo, si podemos sustituir la red de resistencias en triangulo por una red equivalente de tres resistencias conectadas en estrella. Como podemos ver en la fig. # 05 tenemos que R1 y R5 han quedado conectadas en serie, R4 y R3

han quedado en serie y R1 y R2 también están conectadas en serie. Siguiendo el proceso reiterativo ya conocidos, de agrupar resistencias en paralelo y en serie, se llega fácilmente a simplificar el circuito y a convertirlo en una sola resistencia equivalente.

FIGURA # 05

Light Emiter Diode - diodo emisor de luz)

Si alguna vez ha visto, unas pequeñas luces de diferentes colores que se encienden y 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 va de 1.5 V a 2.2 voltios. Aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por el va de 10 mA a 20 mA en los diodos de color rojo y de entre 20 mA y 40 mA 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.

Aplicaciones tiene el diodo LEDSe utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras 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 calculadoras y relojes digitales.

En la figurase indica el uso del LED. a) Circuito básico; b) circuito práctico.

III. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

- Una Fuente de Poder.- Un protoboard.- Resistores de Carbón de varios valores- Seis Diodos LED de color Rojo, Verde y Amarillo- Tres Resistores de Carbón 330 x ½ W.- Un Multitester

IV. PROCEDIMIENTO:

1. Medir con el ohmimetro los valores de los resistores que vas a utilizar.2. Conectar los tres resistores en serie como en la fig. # 01 y medir con el ohmimetro la resistencia equivalente.3. Regular la fuente E a una tensión de.......V, mide la corriente, el valor de las tensión en cada resistor y anótelos en la tabla # 01. Verifique si se cumple la respectiva suma de tensiones en la malla.

E = V1 + V2 + V3

4. Ahora en lugar de resistores coloque diodos LED, asegurase que tengan un resistor en serie (330 x ½ W) para evitar que los diodos se quemen.

5. Mida nuevamente la corriente y la tensión en cada diodo, se cumple el paso 3.6. Saque del ckto cualquier de los diodos que sucede con el resto del ckto, ¿cuál es el valor de la corriente?7. Utilizar resistores diferentes de los anteriores y conectarlos en paralelo según la fig. # 02.8. Determine la resistencia equivalente por el método utilizados en el paso 2.9. Medir las corrientes de rama y la corriente total se cumple:

IT = I1 + I2 + Y3

10. Regular la fuente E a una tensión de.......V , mide la corriente, el valor de las tensión en cada resistor y anótelos en la tabla # 02

11. Coloque los diodos LED en lugar de los resistores (asegurase que cada diodo tenga, si es posible, un resistor de disipación de corriente).

12. Mida los valores de la corriente en cada diodo y compruebe el paso 9. 13. Saque del ckto un LED que sucede con el resto del ckto, ¿cual es el valor de la corriente? 14. Arme el circuito de la Figura # 04 y determine la corriente

total según el resistor equivalente. 15. Ahora arme el circuito de la figura # 05 de tal manera que

encuentre la misma corriente total, medida en el paso 14.

V. 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.

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.3. ¿Cual es la máxima Corriente que pueden soportar los diodos

LED ? 4.¿Cómo evitas que el Diodo LED no soporte más de la corriente permitida ? 5. Se puede hablar de intensidad de corriente sin que exista voltaje? 6. ¿Se puede hablar de voltaje sin que exista intensidad de corriente?. 7. ¿Qué pasa si se conecta un instrumento de medida con la

polaridad invertida? Analice los dos casos (instrumentos analógicos e instrumentos digitales).

8. ¿Qué es un Cortocircuito?. Haga un esquema del mismo 9. ¿Qué es un Circuito Abierto?. Haga un dibujo donde se ilustre

dicha situación. 10. ¿Qué sucedería si usted conecta en serie una resistencia muy grande R1 = 2 x 104 con una resistencia muy pequeña R2 =1 ? ¿Y

qué sucedería si conecta éstos dos resistores en paralelo? 11. Determine que tipo de corriente y voltaje que fue usado a lo

largo de la práctica. 12. Usando las ecuaciones adecuadas y los datos obtenidos,

determine cual de los circuitos consumió mayor potencia eléctrica.

13. 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 1.5 K . Construya la mencionada gráfica.

14. En el circuito de la figura # 06, determine la tensión del generador, sabiendo que la tensión entre los resistores de 40 K

, es de 20 V.

ANEXO:

R I VR1R2R3

TABLA # 01

R I VR1R2R3

TABLA # 02

LABORATORIO N• 05

ANÁLISIS DE MALLA Y NODAL

I. OBJETIVO:

* Analizar y verificar en forma experimental los circuitos eléctricos mediante el Análisis de mallas o del análisis nodal.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Las Leyes de Kirchhoff son las ecuaciones fundamentales para la solución de los problemas de redes o circuitos eléctricos, en los cuales las resistencias se pueden agrupar en serie o en paralelo, o también la conexión de generadores en paralélelos de f.e.m., no se podría resolver, en general por el método de la resistencia equivalente. Gustav Robert Kirchhoff en el año (1824-1887), enuncio por primera vez dos leyes fundamentales que nos permiten resolver los problemas de redes eléctricas en forma sistemática. Antes de enunciar las respectivas leyes es necesario indicar que en el análisis de circuiros, llamaremos elementos a los componentes y/o dispositivos físicos individuales más pequeños que forman parte del circuito eléctrico sin los cuales no pueden funcionar, excluidas las interconexiones.

Los elementos pueden ser activos o pasivos, los elementos activos son fuentes de tensión o de corriente capaces de suministrar energía al circuito o a la red V1, V2 y V3 son los elementos activos en la fig. # 01. Los elementos pasivos son las resistencias, las inductancias y los condensadores que absorben o almacenan la energía generada por las fuentes. En la fig. # 01 los resistores son los elementos pasivos.

Primera Ley de Kirchhoff: Definiremos en primer lugar los siguiente conceptos importantes.Un nodo: es un punto de la red en el cual se unen tres o más conductores. Una Rama: Conjunto de todos los elementos de un circuito comprendido entre dos nodos consecutivos.Una malla: Conjunto de ramas que forman un camino cerrado en un circuito y que no puede subdividirse en otros, ni pasar dos veces por la misma rama. Circuito: parte conductora en la cual existe, por lo

menos, una rama que pueda cerrarse, por la que circula o se supone que circula una corriente eléctrica.Red eléctrica: Sistema de admitancia interconectadas, por definición y naturaleza de sus elementos el análisis de redes se reserva para circuitos de de corriente alterna. Ley de Corrientes: Dicha Ley establece lo siguiente: La suma algebraica de las intensidades de las corrientes que se dirigen a cualquier nodo de una red eléctrica o un circuito eléctrico es Cero.

I = 0Esta Ley de las corrientes de Kirchhoff tiene su porqué físico

debido a la ley de la conservación de la energía y a que electrocinéticamente no puede haber en un punto, acumulación de cargas eléctricas.

Segunda Ley de Kirchhoff: o regla de las mallas establece lo sgte: la sumas algebraica las fuerzas electromotrices f.e.m. en una malla cualquiera de un circuito eléctrico o una red eléctrica es igual a la suma algebraica de los productos de I * R en la misma malla, es decir; en otras palabras la suma algebraica de las f.e.m. y las caídas de tensión en un circuito cerrado es Cero independientemente del camino que se desee seguir:

E = I.R = 0

Cuando se aplica la regla de los nudos, se considera positiva la intensidad de una corriente si se dirige hacia el nudo, y negativa si se aleja del nudo (naturalmente puede utilizarse el convenio contrario).

Cuando se aplica la segunda Ley se elige como positivo un sentido de recorrido de la malla (puede ser el sentido de la agujas de un reloj o el sentido opuesto). Todas las corrientes y f.e.m. que tengan este sentido son positivas, y las que tengan sentido contrario son negativas.

III. COMPONENTES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

- Una Fuentes de Poder. - Un tablero de conexión (PROTOBOARD). - Un Multitester Digital. - Resistores de carbón y de cerámica (varios). - Un portapilas de 4 unidades AA con sus respectivas pilas

IV. PROCEDIMIENTO:

1) Armar el circuito siguiente:

2) Indicar el sentido de las corrientes y la polaridad en los resistores. 3) Medir las corrientes que pasan por los resistores y las tensiones entre los Extremos de cada uno de los resistores (tabla # 01). 4) Anote el sentido de cada corriente y la polaridad de la tensión medidas. 5) Medir con un ohmimetro el valor de cara resistor y anotar dicho valor en Tabla # 01.

V. CUESTIONARIO:

1) Según la fig. 01, indique el sentido de la corriente y la polaridad de la tensión cada uno de las ramas de cada circuito.

2) Identifique los nodos existentes en el circuito de la figura # 01. Compruebe la 1ra Ley de Kirchhoff en los nodos respectivos, con los datos medidos

3) Comprueba la 2da Ley de Kirchhoff en la malla respectiva con los datos medidos.

4) Con los valores medidos de los resistores en el paso (5) del procedimiento, calcule los valores de la corriente y las tensiones de cada elemento, aplicando el análisis de mallas.

5) Realice lo anterior aplicando el método de los Nodos 6) Compare los resultados medidos con los calculados y comentar

su diferencias (tabla de comparación # 02).

ANEXOS:

TABLA # 01 DE DATOS

N TENSIONES (V) CORRIENTES (A)1 VT VE EA ER% VT VE EA ER%23456

TABLA # 02 DE COMPARACIONES

LABORATORIO N• 06

TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON

I. OBJETIVO:

* Analizar y verificar en forma experimental el teorema de Thevenin y Norton.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

El Teorema de Thevenin establece lo sgte: Dice que la intensidad de corriente que circula en cualquier elemento pasivo “RL” de un circuito eléctrico, es la misma que se obtendría si la resistencia “RL” de carga, seria alimentada por una fuente de tensión “Eo” en serie con una resistencia equivalente de Thevenin “Ro”; siendo la tensión “Eo” el voltaje existente entre los bornes (terminales) a los cuales esta conectado la resistencia de carga “RL” después de retirada esta, y la resistencia “Ro” la que se mediría entre estos bornes (terminales), después de retirada todas las fuentes de tensión o de corriente y reemplazadas por sus resistencias internas en el circuito de la red activa lineal.

El Teorema de Norton: Establece que, la intensidad de corriente en cualquier elemento pasivo lineal “RL” de un circuito eléctrico, es la misma que se obtendría si “RL”, la resistencia de carga del circuito, estaría conectada en paralelo, con la resistencia “Ro” que es justamente la resistencia equivalente de Norton, y las dos resistencias en paralelo con una fuente de corriente “Io” que es la que alimenta al circuito, que también debe ser constante. La resistencia “Ro” es la resistencia equivalente de Norton y, la que se mediría entre los terminales A y B, después de retirar la

resistencia “RL” de carga, y, todas las fuentes reemplazadas por sus resistencias internas. La intensidad de corriente “Io” es la que circularía o fluiría a través de los terminales de la resistencia “RL” del circuito original después de retirar “RL” y cortocircuitar los terminales A y B , y medir con un amperímetro la intensidad de corriente “Io” de Norton.

III EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y COMPONENTES:

- Dos Fuentes de Alimentación de C.C. - Un Multitester. - Resistores de carbón, varios.

IV. PROCEDIMIENTO:

1) Armar el circuito de la fig. 01

2) Medir la corriente “IL” que pasa por “RL”. (Anótelo en la tabla #

01). 3) Suprimir el resistor de carga y medir “ ETH” en los puntos A y

B. (anótelo en la tabla # 01 ) 4) Reemplazar las fuentes de alimentación con un cortocircuito y

medir “RTH” con un ohmimetro entre los bornes A y B (anótalos en la tabla # 01).

5) Armar el circuito de la fig. 02.

6) Medir la corriente de carga “IL” que pasa por “RL”, anótelo en

tabla # 02. 7) Cortocircuitar el resistor “RL” (sacar el resistor y colocar un cable entre los bornes A y B ) y medir “IN”, anote dichos valores en la tabla # 02. 8) Con el Ohmimetro medir la resistencia de Norton equivalente,

anótelo en la tabla # 02. 9) Cortar la energía al circuito y medir los resistores utilizados en

los circuitos y anotarlos en sus respectivas tablas

V. CUESTIONARIO:

1) Con los valores medidos en el paso (9) aplique el Teorema de Thevenin al circuito de la fig. 01 y calcule “IL”, “ETH” y “RTH”; anótelos en la tabla # 03 .

2) Hacer un diagrama del circuito de Thevenin equivalente entre los bornes A y B.

3) Compare los valores calculados y los valores medidos (tabla # 03). 4) Según el circuito de la fig. 02 y los valores medidos de los

resistores, calcule “IL” aplicando el teorema de Norton; calcule asimismo “RN” , “IN” ( anótelos en la tabla # 03).

5) Hacer el respectivo diagrama del circuito de Norton equivalente entre los bornes “A” y “B” de la fig. 02.

6) Compare los resultados teóricos (calculados) y los valores experimentales en la Tabla de comparación (tabla # 03).

7) Pase el circuito de la fig. 02 equivalentes de Thevenin a un circuito Norton equivalente.

ANEXOS:

E IL ETH RTH R1 R2 R3 R4 RL

TABLA # 01

E1 E2 IL IN RN R1 R2 RL

TABLA # 02

IL ETH RTH IL IN RNVTVEEA

ER%TABLA # 03 DE COMPARACIÓN

LABORATORIO N•07

POTENCIA Y MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA

I. OBJETIVO:

- Demostrar que la Potencia disipada por elementos pasivos es igual a la potencia entregada por elementos activos.

- Analizar y verificar en forma experimental el teorema de la Máxima potencia de transferencia.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Una fuente ideal de tensión (voltaje) es capaz de suministrar una potencia infinita si se le cortocircuita, y una fuente ideal de corriente es capaz de suministrar o entregar una potencia infinita si se le hace trabajar a circuito abierto.

Una fuente física real en la práctica no puede suministrar una potencia infinita y por lo tanto debe tener una resistencia asociada o conectada por lo menos para evitar que se cortocircuite la fuente.

Una fuente de tensión tiene una resistencia en serie y una fuente de corriente tiene una resistencia en paralelo.

Un de las limitaciones más importante que afectan a la utilización de un componente o dispositivo es la potencia que estos pueden disipar. Es pues, vital que el futuro Ing. sepa efectuar mediciones y cálculos de potencia. Sabemos que la energía es la aptitud de realizar un trabajo, su unidad en el S.I es el Joule. La potencia, cuya unidad fundamental es el Watt, es la velocidad de ejecución un trabajo. Se desarrolla un watt de potencia cuando se consume energía a razón de Joule por seg. la potencia P, desarrollada en un circuito resistivo viene dada por la expresión : P = E x I.Como P = I2 R o P = V2 / R ; estas tres expresiones de la potencia disipada en un resistor, nos representa la transformación de la energía eléctrica en energía calorífica. Cuando se disipa potencia en un componente o dispositivo, el calor se transmite al aire circundante. Si la cantidad de potencia que se produce por segundo en el dispositivo o componente es mayor que la del calor que puede ceder o disipar, su temperatura aumentara hasta un valor en que se produzca el equilibrio térmico. Si la temperatura alcanza un valor demasiado elevado, el componente o dispositivo puede resultar destruido o sus características pueden cambiar. Por consiguiente, es lógico que las dimensiones físicas o geométricas del componente o dispositivo afecten de modo importante a su potencia nominal y, en general, cuanto mayor son las dimensiones, mayor será la potencia nominal.

El Teorema de la Máxima Transferencia de Potencia: establece que si una carga “RL” es alimentada por una red activa lineal, esta “RL” recibe la máxima potencia de transferencia, cuando su valor sea el mismo que el de la resistencia equivalente “Ro”, visto desde la carga y mirando hacia el interior del circuito. Esta es también llamada resistencia de salida del circuito o resistencia presentada por los circuitos y visto desde los bornes A y B, llamada

resistencia equivalente “Ro”, como la empleada en el Teorema de Thevenin.

El Teorema nos dice que, la carga que debe conectarse entre los bornes de un circuito activo y lineal para que ocurra la máxima transferencia de potencia a la carga “RL” debe ser igual a la resistencia equivalente de la red pasiva visto desde los bornes de conexión de la carga “RL” esto significa que la potencia entregada por las fuentes del circuito activo serán repartidas en igual cantidad a la resistencia interna del circuito y a la carga externa conectada.

Cuando se llegue a la condición de la máxima potencia de transferencia, la máxima eficiencia de una red activa lineal (o generador) será igual al 50%, esto quiere decir que en el trayecto se perderá igual potencia que la que consume o absorbe la carga, tal como se comprobara en el experimento propuesto.

III. COMPONENTES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS: - Dos Fuentes de Alimentación de C.C. - Un Multitester. - Una Resistencia variable. - Resistores de carbón (varios).

IV. PROCEDIMIENTO:

1) Realizar el montaje del circuito de la figura. # 01

2) Medir y anotar en la tabla # 01, las caídas de tensiones en cada resistor. 3) Medir las corrientes de cada resistor y anotarlas en la tabla # 01. 4) Con un ohmimetro medir los valores de los resistores utilizados, anótelos en la tabla # 01.

5) Medir la corriente que proporciona cada una de las fuentes y anótelo en la tabla # 02. 6) Armar el circuito de la fig. 02. 7) Regular la de salida de la fuente, hasta obtener en V1 =............ 8) Variar el valor de “RL”, desde su valor máximo hasta cero (valor mínimo) Tomando las correspondientes lecturas de IL , VL , RL y anótelos

en la tabla # 03. 9) Medir con el ohmimetro los valores de los resistores utilizados.

V. CUESTIONARIO:

1) Utilizando los valores medidos de los resistores de la fig. 01, calcule las corrientes y las caídas de tensión en cada resistor. Y anótalos en la tabla # 05

2) Calcule la potencia disipada por cada resistor y la potencia total, compárela con la potencia entregada por las fuentes, anotelos en la tabla # 05 de comparaciones.

3) Confecciones una tabla indicando la potencia de la carga “PL” que consume RL y la potencia de la fuente “PF” para cada valor de RL , anótelo en la tabla # 04.

4) Graficar “VL”, “IL” y “PL” en función de RL, con el que se obtiene la máxima potencia de transferencia. 5) Calcule para cada caso de “RL”, la eficiencia “n” (tabla # 04). 6) Graficar “n” en función de “RL” y determinar el valor de “n”

correspondiente al valor de “RL” que da la potencia máxima. 7) Comparar el valor de “RL” obtenido gráficamente que da la

máxima potencia con la resistencia que presenta la red pasiva entre los bornes “C-D” del ckto. De la fig. 02 , anótelos en la tabla # 06.

8) Dar el circuito thevenin equivalente a la red activa que alimenta “RL” en el Circuito utilizado, mostrando el valor de la resistencia “RL” que absorbe la Máxima potencia transferida y la eficiencia “n”. 9) Indique Los métodos indirectos de la medición de potencia en

corriente continua , como la conexión corta y la conexión larga

ANEXOS:

N 1 2 3 4 5 6 7 8I(A)V(V)

RTABLA # 01

V(V) E1 E2I(A)

TABLA # 02

N 1 2 3 4 ........ 13 14 15IL(A)VL(V)

RLTABLA # 03

N 1 2 3 4 ......... 13 14 15IL(A)VL(V)

RLPL(W)PF(W)

nTABLA # 04

N TENSIONES (V) CORRIENTES(A) POTENCIAS(W)

VT VE EA ER% VT VE EA ER% VT VE EA ER%

1

2

3

4

5

6

7

8

E1

E2

TABLA # 05

RL(E) RL(T) EA ER%

TABLA # 06