INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

MANUAL DE PRCTICAS PARA EL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ING. DAVID ELIAS VILCHIS KURI ING. SANDRA VILLANUEV FUNEZ M. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIER

MXICO, D. F. ENERO 2010

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS 1

MANUAL DE PRCTICAS PARA EL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ELABOR Y RECOPIL: ING. DAVID ELIAS VILCHIS KURI ING. SANDRA VILLANUEV FUNEZ

M. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIERCOLABORACIN: LAURA BELLY GONZLEZ SANDRA VELZQUEZ GARCA ITZEL RAMREZ MORENO ACADEMIA DE DISEO PRESIDENTE ING. ERNESTO SALAZAR MORALES JEFE DE MATERIA M. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIER JEFE DEL LABORATORIO DE ING. ELECTRICA Y ELECTRONICA ING. ARMANDO TONATIUH AVALOS BRAVO PROFESORES ING. ANGLICA TERESA GROCE ORTZ ING. ARMANDO TONATIUH VALOS BRAVO ING. AURELIO CARRASCO VZQUEZ ING. DAVID VILCHIS KURI ING. MARA MATEOS HERNNDEZ ING. SANDRA VILLANUEV FUNEZ ING. SERGIO VALADEZ RODRGUEZ ING. RICARDO MARTNEZ PREZ ING. RODOLFO GONZLEZ BAEZ ING. JAVIER DIAZ ROMERO M. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIER

INDICE GENERAL2

Justificacin 4 Introduccin... 6 Practica N 1 Instrumentos y normas en el laboratorio de Ingeniera Elctrica y Electrnica................................................................... ...................7 Practica N 2 Fuente variable reguladora de corriente continua de 1.2-33V .23 Prctica N 3 Ley de Ohm

.36 Prctica N 4 Circuitos en serie, paralelo y serie paralelo

49 Practica N5 Circuitos RLC de corriente alterna

65 Practica N6 Instalaciones

elctricas74 Practica N7 Manejo, funcionamiento y operacin del osciloscopio

.86

3

Practica N 8 Manejo, funcionamiento y utilizacin de transformadores monofsicos tipo Ncleo..... 103

JUSTIFICACIN

La tendencia actual que marca el

Nuevo Modelo Educativo del

Instituto Politcnico Nacional, direcciona las acciones de enseanza aprendizaje dentro del proceso educativo. Es as que la Academia de Diseo y Apoyo de Servicios, especficamente la comunidad docente de la Unidad de Aprendizaje de Ingeniera Elctrica y Electrnica de la Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias Extractivas interesada en promover, instrumentar y apoyar nuevas estrategias de enseanza, ha diseado, elaborado y puesto en marcha un conjunto de materiales de apoyos didcticos para dicha unidad de aprendizaje, encaminados a mejorar y desarrollar las competencias profesionales de los alumnos desde una visin prctica e integral. El presente material Manual de Prcticas para el Laboratorio de IngenieraElctrica y Electrnica (revisin dos) corresponde al trabajo conjunto de revisin, actualizacin e implementacin de nuevas prcticas y mejora de las ya existentes por parte de los profesores miembros de la Unidad de

Aprendizaje de Ingeniera Elctrica y Electrnica.

Cabe recordar que

este trabajo forma parte complementaria del proyecto didctico Material didctico para la Unidad de Aprendizaje de Ingeniera Elctrica4

y Electrnica conformado por tres apoyos didcticos adicionales,Problemario con solucin de circuitos elctricos, transformadores y motores para ingenieros qumicos Apuntes de Ingeniera Elctrica y Electrnica y la

Implementacin del curso en Lnea Ingeniera Elctrica y Electrnica en la plataforma Moodle del IPN, proceso. El laboratorio debe de estimular al estudiante para que reaccione y analice, por lo que determinara en gran medida la cadencia y profundidad de la enseanza terica. que actualmente se encuentra en

A travs de este manual , el alumno ser capaz de desarrollar competencias especficas como: 1) El reconocimiento de las normas de seguridad dentro del laboratorio, as como la utilizacin correcta de los aparatos de medicin, de las 2) La identificacin variables de las partes 3) y La especificaciones fuentes reguladoras,

interpretacin de las generalidades y condiciones de la Ley de Ohm, 4), 5) El manejo de los circuitos RLC y sus aplicaciones, 6) El reconocimiento y armado de dispositivos que se utilizan en las instalaciones elctricas residenciales, 7) El reconocimiento, manejo y organizacin de las partes mas importantes del osciloscopio y 8) El manejo de diferentes transformadores y su induccin electromagntica. El contenido de cada prctica consta de: a) Objetivos del curso; b) Material Empleado c) Consideraciones tericas o introduccin, Desarrollo, e) Cuestionario la teora, y los f) Bibliografa. datos Cada y complementar esquemas, d) alumno grficos5

correspondientes al

experimento analizado. Esta informacin le ser

referencia para poder reproducir ntegramente la labor en el futuro. En ella quedaran registrados el plan seguido, el progreso en el estudio y las conclusiones de sus experiencias de laboratorio. .

INTRODUCCIN

Este nuevo trabajo se desarrolla para orientar al alumno en el laboratorio de Ingeniera Elctrica a fin de integrar un mejor proceso educativo terico-prctico. Los sistemas de control o compuertas, circuitos elctricos transformadores y motores, debido a su importancia en la industria y junto con las nuevas tcnicas didcticas, proporcionaran una oportunidad para ampliar el papel del laboratorio en este proceso. En los programas de educacin tcnica, la enseanza prctica es parte vital en la preparacin de un ingeniero, puesto que:1) Confiere al estudiante una amplia gama de experiencias en

tcnicas, procesos, instrumento y equipo. 2) Presenta aplicaciones de la teora bsica. 3) Inculca la confianza en si mismo4) Desarrolla la capacidad de trabajo colaborativo.

5) Promueve los valores de responsabilidad, solidaridad y respeto

6

Este manual, se redise con la finalidad de fomentar el desarrollo de habilidades y competencias profesionales dentro del laboratorio de Ingeniera Elctrica y Electrnica, buscando una exacta sincronizacin entre el trabajo practico y el del aula. Por ello, se incorporan explicaciones adicionales y detalles de teora del software Electronics Workbench que pueden ser verificados a travs del uso de la multimedia y prximamente con el uso

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESIQIE DIQI PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA. PRACTICA N 1

INSTRUMENTOS Y NORMAS EN EL LABORATORIO DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA7

PRCTICA 1

INSTRUMENTOS Y NORMAS EN EL LABORATORIO DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA.

OBJETIVO. El alumno conocer o reafirmar prcticamente sus conocimientos y habilidades en el uso y manejo de las fuentes de energa e instrumentos de medicin del laboratorio de Ingeniera Elctrica y Electrnica, as como las normas de seguridad que deber cumplir.

INTRODUCCIN: Fuentes de energa en el laboratorio: Estas son parte esencial de todas las prcticas que usted realizar. En esta asignatura slo se har uso de las fuentes de Corriente Alterna y Directa Variable. Recuerde que stas van a ser parte de todos los circuitos que usted construir y, guardadas las proporciones, son semejantes a las fuentes de uso prctico. Instrumentos de Medicin: Son los voltmetros, ampermetros y hmetros, stos sern como la extensin de sus manos en su trabajo profesional, ya que con ellos cuantificar las cantidades elctricas. En el laboratorio har uso de ellos constantemente. Recuerde que el habilitarse en el manejo de ellos facilitar todo trabajo. Al entrar al laboratorio se debe tener presente que el material y equipo con el cual se cuenta y trabajar, CUESTA; y adems, que no es para el uso exclusivo de una sola persona.8

Cumplir con las normas de asistencia, disciplina y seguridad en el laboratorio, dar como resultado un mejor rendimiento, evitar daos fsicos a las personas y al equipo. Recuerde: TRABAJE EN SERIO! No juegue.

DESARROLLO Lea cuidadosamente el desarrollo de la prctica y reconozca el material que va a utilizar. Luego realice cada uno de los puntos y conteste. En caso de duda consulte a su Profesor.

I.- FUENTES DE ENERGA. 1.- Las fuentes de energa que se tienen en el laboratorio proporcionan la energa para el funcionamiento de los circuitos. La energa que stos generan es consumida por la carga (recuerde el esquema del circuito elctrico, Observe la Figura 1).

CONDUCTORES

FUENTE DE ENERGA

CARGA

Figura 19

a) De qu partes principales consta una fuente? El siguiente esquema

de la Figura 2 presenta los controles y las terminales de que consta una fuente en general.b) Enumere las fuentes con que cuenta; identifique sus partes, e indique,

segn informacin de su profesor, el rango disponible de cada fuente; incluya las fuentes de propsito especfico y anote su voltaje de salida (An no realice ninguna medicin).c) Qu tipo de puntas requieren las fuentes? (banana, caimn, etc.)

Tenga cuidado de utilizar las puntas de conexin con la terminal adecuada, a las terminales de salida de la fuente. No conecte con caimanes una terminal para banana. Solicite siempre los conectores necesarios y adecuados para la prctica.

PRECAUCIONES: Cercirese de que sus fuentes conserven sus controles en 0 V. Ajstelos hasta que su circuito de prctica este completamente armado y revisado. Para realizar cualquier variacin al circuito, desconecte y contine su prctica. En caso de que la fuente no presente voltaje de salida, de aviso a su profesor.

10

ENC.

Interruptor de

Indicador de encendido4 3 2 1 5 6 7 8 9

APAG.

Control de voltaje de salida

Bornes de conexin

CARATULA Figura 2

+

-

11

ESCALA

SELECTOR DE RANGO

SELECTOE DE FUNCIONES AJUSTE A CERO

BORNES

PUNTAS DE PRUEBA

CERO

Figura 3

II.- INSTRUMENTOS DE MEDICIN. 1. Los Instrumentos de medicin son el medio de cuantificar que la operacin de nuestros circuitos sea la correcta. Dentro de los instrumentos usted encontrar: Voltmetros Ampermetros Ohmetros Multmetros Analgicos Multmetros Digitales Wattmetro

Los instrumentos de medicin no forman partes del circuito elctrico, es decir, no forman partes del proceso Fuente-Carga, pero s cuantifican el proceso.12

Se medir, en estas prcticas, cuatro variables bsicas: Volts, Ohms, ampers y watts, con sus mltiplos y submltiplos respectivos.

III.- NORMAS EN EL LABORATORIO Hay que recordar que en un laboratorio se trabaja con corriente elctrica, que manipulada de manera incorrecta puede causar sorpresas no deseadas. Las normas y los hbitos de seguridad son factores muy importantes a considerar dentro del laboratorio donde experimentamos y as evitar un posible accidente. Aqu se les dan unos consejos para que en tu laboratorio no vayan a ocurrir accidentes. Esperamos los pongas en prctica. Tus reas de trabajo deben tener equipos elctricos debidamente protegidos, buena ventilacin e iluminacin. Tus componentes, herramientas, y los materiales deben de estar almacenados en reas adecuadas. Los espacios de trabajo deben de estar limpios y descongestionados. Dentro de lo posible trata de no utilizar instalaciones provisionales, ya que pueden causar un accidente si se tratasen de conexiones elctricas. Una buena regla es: "Nunca efectuar una instalacin provisional, si debe usarse ms de dos veces" Al tratar con electricidad se debe de ser muy cuidadoso para evitar algn tipo de evento no deseado. Recuerda siempre aplicar las normas de seguridad. Un cuerpo mal aislado es un buen conductor de la electricidad. Siempre que sea necesario utiliza una base aislante sobre tu banco de trabajo y en el suelo. La proteccin de los tomacorrientes se hace a travs de un elemento adicional para evitar descargas elctricas llamado "Puesta a tierra", que suele ser una varilla de cobre enterrada en el suelo por la cual se deben desviar las descargas elctricas no deseadas. Evita los "cortocircuitos" (conexin incorrecta entre dos cables) entre la fuente de alimentacin (fuente de voltaje) y el circuito a crear o13

reparar. Verifica que no haya terminales o cables sueltos que puedan hacer un contacto accidental. Los fusibles cumplen la funcin de proteger los equipos, pero nosotros debemos cumplir la funcin de protegernos. Los circuitos elctricos pueden producir descargas elctricas, por lo tanto, no hay que trabajar con circuitos en funcionamiento, especialmente cuando hay altos voltajes, an voltajes pequeos pueden darte una mala sorpresa bajo ciertas condiciones. Espero que con estos pequeos consejos puedas hacer de tu Laboratorio un lugar ms seguro.

IV.- DESARROLLO MULTMETRO DIGITAL Un multmetro digital es un instrumento de laboratorio capaz de medir voltaje de CD, voltaje de CA, corriente directa o alterna, temperatura, capacitancia, resistencia, inductancia, cada de voltaje en un diodo y accesorios para medir temperatura, y corrientes mayores a 1 ampers. El lmite superior de frecuencia de este instrumento digital queda entre unos 10 kHz y 1 MHz, dependiendo del diseo del instrumento.

LOS MULTMETROS ANALGICOS14

Son fciles de identificar por una aguja que al moverse sobre una escala indica del valor de la magnitud medida

Multmetro analgico LOS MULTMETROS DIGITALES

Multmetro digital

Se identifican principalmente por un panel numrico para leer los valores medidos, la ausencia de la escala que es comn el los multmetros analgicos. Lo que si tienen es un selector de funcin y un selector de escala (algunos no tienen selector de escala pues el VOM la determina automticamente). Algunos tienen un solo selector central. OSCILOSCOPIO El osciloscopio es un instrumento muy til para realizar mediciones tanto AC como DC . Permite visualizar las formas de las ondas que se presentan en un circuito. Este instrumento bsicamente traza la amplitud (la tensin) de la forma de onda contra el tiempo en un tubo de rayos catdicos

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MIDIENDO RESISTENCIA CON UN MULTMETRO, VOM, TESTER Rangos de medida para los resistores / resistencias en un multmetro Nota: Debido a la gran variedad y tipos de multmetros el mtodo que se explica se considera una base que debe ser comn a la mayora de estos. Este caso se presenta especialmente en el multmetro analgico, aunque puede aplicar al multmetro digital El selector de rango de las resistencias es diferente a la del voltaje y la corriente. Siempre que la funcin est en ohmios, el resultado medido ser multiplicado por el factor que se muestra en el rango Los rangos normales son: R X 1, R X 10, R X 100, R X 1K , R X 10K, R X 1M. Donde K significa Kiloohms y M megaohms Un ejemplo prctico (ver las opciones del selector en amarillo en la figura No. 4) Si en la pantalla de un multmetro, al medir una resistencia, se lee 4.7 y el rango muestra: x 1000 x 1K.

Escala del Multmetro. El VOM estara midiendo un resistor de valor 4.7 x 1000 = 4700 4.7 K (Kilohms). Ver el grfico.16

Es muy importante escoger la funcin y el rango adecuados antes de realizar una medicin. Si se equivoca puede daar el tester / VOM en forma definitiva.

Adicionalmente un multmetro analgico tiene dos perillas que permiten ajustar la aguja a cero (posicin de descanso) y la otra para ajustar la lectura de ohms a cero (0). Para lograr esto se procede de la siguiente forma: 1- Se pone la funcin en Ohms 2- Se pone en el rango: x 1 3- Se unen las puntas de prueba. Al final del proceso anterior la aguja debe estar en 0 ohms. Si no es as se realiza el ajuste con la perilla (con las puntas unidas, creando una resistencia de 0 ohms). MEDIR VOLTAJE EN C.D. Para medir tensin / voltaje se selecciona, en el multmetro que estemos utilizando, la unidad (voltios) en DC (c.d.). Se revisa que los cables rojo y negro estn conectados correctamente. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala, (si no tenemos idea de que magnitud de voltaje vamos a medir, escoger la escala ms grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escala para medir automticamente. Se conecta el multmetro a los extremos del componente (se pone en paralelo) y se obtiene la lectura en la pantalla. Si la lectura es negativa significa que el voltaje en el componente medido tiene la polaridad al revs a la supuesta Normalmente en los multmetros el cable rojo debe tener la tensin ms alta que el cable negro. Ver la Figura No. 5.17

MEDIR CORRIENTE DIRECTA Para medir corriente directa se selecciona, en el multmetro que estemos utilizando, la unidad (Amper) en DC. Se revisa que los cables rojo y negro estn conectados correctamente. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no tenemos idea de que magnitud de la corriente que vamos a medir, escoger la escala ms grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escala automticamente. Para medir una corriente con el multmetro, ste tiene que ubicarse en el paso de la corriente que se desea medir. Para esto se abre el circuito en el lugar donde pasa la corriente a medir y conectamos el multmetro (LO CONECTAMOS EN "SERIE", como se muestra en la Figura No. 6)

Si la lectura es negativa significa que la corriente en el componente, circula en sentido opuesto al que se haba supuesto, (normalmente se18

supone que por el cable rojo entra la corriente al multmetro y por el cable negro sale) En algunas ocasiones no es posible abrir el circuito para colocar el ampermetro. En estos casos, si se desea averiguar la corriente que pasa por un elemento, se utiliza la Ley de Ohm. Nota: Ampermetro se llama, en este caso, al multmetro preparado para medir corriente Se mide la tensin que hay entre los terminales del elemento por el cual pasa la corriente que se desea averiguar y despus, con la ayuda de la Ley de Ohm (V = I x R), se obtiene la corriente (I = V / R). Para obtener una buena medicin, se debe tener los valores exactos tanto del voltaje como de la resistencia. Otra opcin es utilizar un ampermetro de gancho, que permite obtener la corriente que pasa por un circuito sin abrirlo. Este dispositivo, como su nombre lo indica, tiene un gancho que se coloca alrededor del conductor por donde pasa la corriente y mide el campo magntico alrededor de l. Esta medicin es directamente proporcional a la corriente que circula por el conductor y que se muestra con una aguja o pantalla.

MEDIR TENSIN, CORRIENTE E IMPEDANCIA EN CORRIENTE ALTERNA COMO MEDIR TENSIN EN C.A. Medir en corriente alterna es igual de fcil que hacer las mediciones en corriente directa (DC). Se selecciona, en el multmetro que estemos utilizando, la unidad (voltios) en AC (c.a.). Como se est midiendo en corriente alterna, es indiferente la posicin del cable negro y el rojo. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala, (si no se sabe que magnitud de voltaje se va a medir, escoger la escala ms grande).19

Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escala para medir automticamente. Se conecta el multmetro a los extremos del componente (se pone en paralelo, como se observa en la Figura No. 7) y se obtiene la lectura en la pantalla. La lectura obtenida es el valor RMS o efectivo del la tensin.

MEDIR CORRIENTE ALTERNA Se selecciona, en el multmetro que estemos utilizando, la unidad (ampers) en AC (c.a.). Como se est midiendo en corriente alterna, es indiferente la posicin del cable negro y el rojo. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no se sabe que magnitud de corriente se va a medir, escoger la escala ms grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escala automticamente. Para medir una corriente con el multmetro, ste tiene que ubicarse en el paso de la corriente que se desea medir. Para esto se abre el circuito en el lugar donde pasa la corriente a medir y conectamos el multmetro (LO CONECTAMOS EN "SERIE", como se muestra en la Figura No. 8).

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El valor obtenido por este tipo de medicin es RMS o efectivo de la corriente

COMO MEDIR UNA IMPEDANCIA EN C.A. Esta medicin es igual a la que se realiza en DC como se puede observar en la Figura No. 9

Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no se sabe que magnitud de resistencia se va a a medir, escoger la escala ms grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escala automticamente. Cuando se desea medir una impedancia (Z), que es la combinacin de una resistencia y una reactancia (Z = R +jX), ya sea esta inductiva (presencia de un inductor o bobina) o capacitiva (presencia de un capacitor o condensador). Hay algunos multmetros que permiten medir estos valores, pero en caso de no tenerlo, la corriente en una impedancia se puede obtener con ayuda de la ley de Ohm. Z = V / I, donde V e I son valores RMS. Una vez obtenida la impedancia (Z) , el valor de la bobina o inductor (inductancia) o el valor del condensador o capacitor se obtiene con las frmulas:21

C=

1 2 f XC

L =2 f XL

Donde: f = frecuencia en Hertz o ciclos por segundo (pi) = 3.1416 XC = reactancia capacitiva XL = reactancia inductiva

Nota: recordar que: Z = R + j(XL XC). Cuando: R = 0 y la impedancia es totalmente reactiva (no hay resistencia) Si XL = 0, la impedancia es totalmente reactiva capacitiva y (no hay bobina o inductor) Si XC = 0, la impedancia es totalmente reactiva inductiva (no hay condensador o capacitor) V.- CUESTIONARIOa) De qu partes consta un instrumento de medicin?

En el esquema anterior de la Figura 3 se representaron ya las partes esenciales que encontrar en sus instrumentos de medicin.

b) Enumere los instrumentos con que cuenta; identifique de acuerdo a

las instrucciones de su profesor, cada una de sus partes: en cuanto a selectores, escala y forma de interpretar las lecturas. Haga una relacin de las caractersticas de los instrumentos en forma sinttica. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ________________________________________________________Realice la22

comprobacin de las caractersticas de las fuentes de energa utilizando los instrumentos de medicin adecuados. Siga las instrucciones de su profesor.

c) Comente con su profesor las normas que deber seguir en el

laboratorio y las precauciones que debe tomar.

d) Con base en el concepto de circuito elctrico y las partes que lo

componen, dibuje en forma de bloques los circuitos que usted identifique en el laboratorio.

VI.- CONCLUSIONES ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ______________________________________________________

BIBLIOGRAFIA CHESTER L. DAWES Tratado de Electricidad. Tomo I y II JHONSON DAVID Anlisis Bsicos de Circuitos Elctricos. Prentice Hall, Mxico 1991

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESIQIE DIQI PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N 2

FUENTE VARIABLE REGULADORA DE CORRIENTE CONTINUA DE 1.2-33V

PRACTICA No. 2 FUENTE VARIABLE REGULADORA DE CORRIENTE CONTINUA DE 1.2-33V24

OBJETIVOS GENERALES: *Al trmino el alumno conocer las partes que integra una fuente de corriente continua de 1.2-33 volts y tambin su construccin fsicamente. * Conocer las aplicaciones que se le dan a la fuente de corriente continua y su funcionalidad. *En esta prctica se demostrar que la corriente continua se trasmite en forma de onda rectificada, ya sea cuadrtica, diente de sierra, etc. *Se conocern las especificaciones de dicha fuente de corriente directa, como son: -Tensin nominal de entrada: ______________________________________ -Frecuencia: ___________________ Hertz -Tensin de salida: ________________________________________________ MATERIAL EMPLEADO: a).- T1 - Transformador con primario adecuado para la red elctrica (110 o 220V) y secundario de 24V o (12+12) a 3. b).- IC1 Circuito integrado LM350K (ECG970) c).- D1- Puente rectificador KBU4B o similar . Pueden usarse tambin 4 diodos rectificadores para 4A y tensiones de 100V o ms. d).- D2 y D3 Diodos 1N4002 1N4007 o similar. e).- C1 Condensador o Capacitor Electroltico (filtro) 4700 F a 50V. f).- C2 Condensador o Capacitor Electroltico (filtro) 22 F a 50V. g).- C3 Condensador o Capacitor Electroltico (filtro) 100 F a 50V. h).- C4 Condensador o Capacitor 0.1 F a 50 v. i).- R1 Resistencia de 270 a 1W. j).- R2 Potencimetro 5K lineal (no logartmico). k).- Multimetro digital. l).- Pinzas de Corte de Electricista. m).- Desarmador plano n).- Soldadura y Pasta para Soldar. o).- Cautn de Punta para Soldar p).- Clavija con su cable de un metro de distacia. CONSIDERACIONES TERICAS.25

El motivo de estas lecciones no pretende sentar las bases de los conocimientos sobre electrnica digital, sin embargo antes debemos revisar los conocimientos de la electrnica analgica. No obstante, si pueden aclarar algunos conceptos puntuales, que por cualquier motivo no se hayan retenido en su momento, si todo este trabajo lograra hacer entender un solo concepto en alguno de los visitantes, ya me dara por satisfecho. De todos modos, GRACIAS, por anticipado. En esta ocasin se revirarn los puntos ms importantes a tener en cuenta para construir una fuente de alimentacin estabilizada, con unas caractersticas adecuadas para alimentar un circuito electrnico con especificaciones digitales. El diseo de fuentes de alimentacin estabilizadas mediante reguladores integrados monolticos (reguladores fijos), resulta sumamente fcil. Concretamente para 1A (amperio) de salida, en el comercio con encapsulado TO-220, se dispone de los ms populares en las siguientes tensiones estndar de salida:

UA7805 UA7806 UA7808 UA7809 UA7812 UA7915 UA7818 UA7824 UA7830 UA79XX

5 6 8 9 12 15 18 24 30 Versin negativo TABLA 1

Todos estos tienen reguladores en comn que son fijos y que proporcionan adecuadamente refrigerados una corriente mxima, de 1A. Veremos un ejemplo en el esquema bsico de una fuente de alimentacin de 5V y 500mA en la figura 301. Adems de estos, en el mercado se pueden encontrar reguladores ajustables a tres patillas o ms, con diferentes encapsulados en TO220AB, TO-3 y SIL, segn la otencia y el fabricante. Los ms populares son los 78MG, LM200, LM317, LM337 y LM338, etc.26

Los fabricantes de los reguladores recomiendan que la tensin entrada por el secundario del transformador debe ser como mnimo 3V superior a la tensin nominal del regulador (para un 7812, la tensin del secundario mnima ser de 15V o mayor), esto tambin tiene que ver con la intensidad de consumo que se le exija a la salida de la fuente. El transformador. El transformador para una alimentacin estabilizada debe ser, un transformador separador, esto quiere decir, que ha de disponer por seguridad, de dos devanados separados galvnicamente (elctricamente), no es conveniente utilizar los llamados autotransformadores los cuales como se sabe estn construidos por una nica bovina o devanado, en cual est provisto de diferentes tomas para obtener varias tensiones de salida, la verdad es que este tipo de transformador actualmente no se ve muy a menudo. Por consiguiente, a la tensin que le exijamos a la fuente de alimentacin, hemos de aadirle entre 3 y 6V por las cadas de tensin producidas al rectificar y regular en tensin e intensidad si ese es el caso, todo esto como digo, puede tratarse empricamente (no es el caso) en unos 4 voltios aproximadamente, lo que debe tenerse muy en cuenta. Hay dos tipos de transformador, los de armadura F o E-I y los toroidales O, estos ltimos tienen un mejor rendimiento, no obstante es determinante, por otra parte, es importante que los devanados estn separados fsicamente y deben ser de hilo de cobre, no de aluminio. El condensador electroltico. A la hora de disear una fuente de alimentacin, hay que tener en cuenta algunos factores, uno de ellos es la corriente que se le va a pedir, ya que este es, el factor ms importante despus de la tensin. Para determinar el valor del condensador electroltico que se ha de aplicar a la salida del puente rectificador en doble onda, para alisar la corriente continua; la regla emprica que se suele aplicar, suele estar sobre los 2 000 F por amperio de salida y la tensin del orden del valor superior estndar al requerido, o sea, segn esto, para una fuente de 1.5 a 15V, el condensador electroltico debe de ser al menos de 3 000 F/35V. Como se ha mencionado la tensin se debe sobre dimensionar, esta debe ser al menos diez unidades mayor que la tensin que se recoja en27

el secundario del transformador o la ms aproximada a esta por encima (estndar en los condensadores). Este es el margen de seguridad exigible, ya que en muchas ocasiones los valores de tensin a los que se exponen no solo depende de la tensin nominal, tambin hay tensiones parasitas que pueden perforar el dielctrico, en caso de ser muy ajustada la tensin de trabajo y mxime si estamos tratando con una fuente balanceada, este es otro caso. El Rectificador. Para rectificar una tensin debemos tener muy claro el tipo de fuente que vamos a necesitar, en contadas ocasiones optaremos por una rectificacin de media onda, un caso concreto es el de un cargador de bateras sencillo y econmico, en todos los dems casos, es muy conveniente disponer de un rectificador de onda completa, para minimizar el rizado. Los diodos encargados de esta funcin han de poder disipar la potencia mxima exigible adems de un margen de seguridad. Tambin estn los puentes rectificadores que suelen tener parte de la cpsula en metlico para su adecuada refrigeracin. En algunos casos los rectificadores estn provistos de un disipador de calor adecuado a la potencia de trabajo, de todas formas, se debe tener en cuenta este factor. La tensin nominal del rectificador debe tener en s mismo un margen para no verse afectado por los picos habituales de la tensin de red, en resumidas cuentas y sin entrar en detalles de clculos, para una tensin de secundario simple de 40V, debemos usar un diodo de 80V como mnimo, en el caso de tener un secundario doble de 40V de tensin cada uno, la tensin del rectificador debe ser de 200V y la potencia es algo ms simple de calcular, ya que se reduce a la tensin por la intensidad y aplicaremos un margen de 10 a 30 Watios por encima de lo calculado, como margen. En algn caso debe vigilarse la tensin de recubrimiento, pero eso es en caso muy concreto.

El regulador.

28

En el caso de necesitar corrientes superiores a 1A, como ya se ha dicho, pueden utilizarse los reguladores de la serie 78HXX, LM3XX, en cpsula TO-3, capaces de suministrar 5A. El problema reside en que solo se disponen de 5A, 12V y 15 V, que en la mayora de los casos es suficiente. En el supuesto de necesitar una tensin regulable (ajustable) desde 17V a 24V. El regulador a utilizar podra ser uno de la serie LM317, LM350 o LM338, la diferencia con los anteriores es que le terminal comn, en lugar de estar conectado a masa, es del tipo flotante y por lo tanto esto permite ajustarle en tensin. Estos son los encapsulados tpicos. El transformador de alimentacin: Lo normal es que sean transformadores reductores, con un primario nico y uno o varios secundarios. Las caractersticas ms importantes de un transformador de alimentacin son: *Tensin del secundario o secundarios: viene expresada en tensin eficaz. *Potencia mxima entregable por los secundarios: expresada en V A (volts-amperios). *Resistencia de primario y secundarios: expresada en ohmios, a la temperatura de 25C. *Prdidas en el ncleo y en los bobinados: expresada en W (watios). *Corriente consumida por el transformador sin carga conectada: expresada en mA (miliamperios). Otros datos que suelen aparecer en las hojas de caractersticas de los transformadores son, por ejemplo, la eficiencia energtica, la regulacin de carga, etc., claro est, de las dimensiones fsicas de mismo. Los diodos rectificadores: Deben ser diodos con unas caractersticas especiales. De hecho, existe un subgrupo de diodos llamados as, rectificadores. Los diodos rectificadores deben poder ser capaces de soportar de forma continua valores de corriente que, segn que aplicaciones, puede llegar a ser elevada o muy elevada. Adems, deben aguantar picos de corriente varias veces mayores que su corriente nominal mxima de funcionamiento. En cuanto a las caractersticas de tensin, es normal que puedan trabajar con tensiones inversas de algunas centenas de29

voltios. Tomemos como ejemplo un diodo rectificador muy difundido, el IN4007. Tiene aplicaciones en fuentes de alimentacin de pequea potencia de salida. Sus principales caractersticas son: *Picos repetitivos de tensin inversa: 1 000V mximo. *Picos no repetitivos de tensin inversa: 1 200V mximo. *Tensin inversa mxima de forma continua: 700V. *Corriente nominal directa mxima: 1A. *Picos de corriente directa no repetitivos: 30A mximo. Los condensadores de filtrado: Los condensadores que se usan son de tipo electroltico, con un valor de capacidad que como mnimo suele ser de 1000 F. Deben poder soportar al menos una tensin doble de la tensin de pico que entregue el transformador. As mismo, deben elegirse condensadores con poca corriente de fuga, ya que de lo contrario se tendra una disipacin de potencia apreciable en dicho elemento, provocando que se calentase y, si alcanza temperaturas elevadas, llegado el caso estallarse. Tambin es deseable (imprescindible si se trata de la fuente primaria de un sistema de alimentacin conmutado) elegir condensadores con una Resistencia Serie Equivalente (ESR) pequea, ya que ello posibilitar que la fuente pueda entregar picos elevados de corriente ante demandas de la carga.

DESARROLLO EXPERIMENTAL Experimento 11. Para el montaje del LM350K siga las recomendaciones siguientes: Monte el LM350K en un disipador de calor. Utilice como

disipador la caja metlica que contendr el circuito. Asle elctricamente el LM350K del disipador metlico, utilizando separadores y micas aislantes, adems de la silicona que permita transferir mejor el calor. Al concluir el montaje, verificar que no haya continuidad entre los terminales del LM350K y el disipador metlico, con el fin de prevenir un corto circuito. Fuente Regulada

30

De todas las fuentes reguladas propuestas, esta es la ms recomendable para los amigos estudiantes, es sencilla, pero eficiente, o en lo personal usaba una en mi taller y nunca me fallo. Lo que recomiendo es que sean cuidadosos y eviten someterla a cortocircuitos, ya que de inmediato se funde el neutralizador, en el mejor de los casos. El transformador para esta fuente puede ser de 12, 15 o 25 voltios, de 1 a 5 amperios, en la configuracin actual es para dos amperios. Si deseas ampliar el amperaje debes de sustituir Q1 por un 2N3055 y el Q2 por el NTE 152. Esta fuente utiliza el circuito integrado LM350K (encapsulado metlico TO-3) el cual permite variar la tensin de salida entre 1.2 y 33 V con corrientes hasta de 3 Amper. La nica precaucin que se debe tomar, es montar IC1 en un buen disipador trmico. Fuente Variable Regulada de 1.2 a 33 V-1.5 A. En esta prctica se debe de armar el equipo de kit de una fuente de 0 a 30 A de corriente continua, por lo que se llevo a cabo el siguiente paso: EXPERIMENTO 2 2. En primer lugar, verificar que el kit tenga todo el material completo, que es: Semiconductores Regulador LM317T o sustituto Diodo rectificador 1N4001 a 4007 Diodo emisor de luz (LED) Resistores a W 3.3K a 4.7 K (naranja-naranja-rojo-oro) Potencimetro 5K lnea S/S 180 a 220 (rojo-rojo-caf-oro) Capacitares Electroltico 1000 a 2200 F Cermico 0.1 a 0.18 F Electroltico 1 a 10 F Varios Transformador 127VCA a 28 V 1.5 A Fusible 0.5 a 1 A Disipador de calor Hembra banana rojo y negro Conector para puntas de Multmetro Interruptor Despus de verificado el kit completo hay que determinar en que lugar iba cada uno de los componentes con la ayuda de un diagrama anexo al kit, teniendo cuidado de colocar los polos correctamente.31

Fotografa No. en le laboratorio soldando EXPERIMENTO 3

1 Alumnos

3. Proceda a soldar, cada uno de los componentes que se necesitan, dejando al final el LED y teniendo sumo cuidado con la polaridad de cada uno de estos, como se muestra en la siguiente figura: EXPERIMENTO 4 4. Arme la parte de la caja del kit para poder despus insertar el circuito que contiene los capacitores y resistencia, como se muestra en la siguiente figura: EXPERIMENTO 5 5. Arme el kit y coloque todas las piezas faltantes para que al final se tome una aproximacin del LED y se sold para que este visible desde la caja cerrada y nos indique el encendido o apagado del mismo. 6. Conecte la fuente y con ayuda de un Multmetro proceda a tomar lecturas para cerciorarse de que la fuente funciona correctamente, teniendo como resultado las siguientes lecturas: Vmax= 30 Volts; a 1.2 A Vmin = 1.24 Volts32

Nota: por lo que se concluye que el armado de la fuente es correcto, ya que podemos mencionar que aunque debera de dar cero como mnimo la mayora de las fuentes armadas, por su escasa calidad no logran dar el cero. Ejemplo Prctico 1 Se desea disear una fuente de alimentacin para un circuito que consume 150 mA a 12V. El rizado deber ser inferior al 10%, para ello se dispone de un transformador de 10 V y 2.5 VA y de un rectificador en puente. Elegir el valor del condensador. A.- Calculamos la corriente que es capaz de suministrar el transformador para determinar si ser suficiente, esta corriente tendr que ser superior a la corriente que consume el circuito que vamos a alimentar.

Parece que sirve, como calcularlo resulta bastante mas complicado nos fiaremos de nuestra intuicin. Ten en cuenta siempre que el transformador tiene que ser de mas corriente de la que quieras obtener en la carga. B.- Calculamos el valor de Vmax de salida del puente rectificador teniendo en cuenta la cada de tensin en los diodos (conducen dos a dos).

Esta ser aproximadamente la tensin de salida de la fuente. C.- Calculamos el valor del condensador segn la formula del 10%, la I es de 150mA la f es 50 Hz en Europa y la Vmax es 12.14V:

Tomaremos el valor mas aproximado por encima. Ejemplo Prctico 233

2.- Tenemos una fuente de alimentacin variable desde 1.25 V a 15 V y 0.5 A con un LM317. Como la tensin mxima de salida es 15 V, la tensin de entrada al regulador tendr que ser de 18 V mas o menos. Vamos a calcular la potencia que disipa el regulador cuando ajustamos la fuente a 15 V, 4 V y 2V. En todos los casos la corriente de salida ser de 0.5 A. A 15 V la cada de tensin en el regulador ser de 18-15=3V, la corriente es 0.5 A, luego:

A 4 V la cada de tensin en el regulador ser de 18-4=14V, la corriente es 0.5 A, luego:

A 2 V la cada de tensin en el regulador ser de 18-2=16V, la corriente es 0.5 A, luego:

Fjate que hemos hecho los clculos para el mejor de los casos en el que nos hemos preocupado de que la tensin de entrada al regulador no sea mas de la necesaria, aun as tenemos que poner un radiador que pueda disipar poco mas de 8 W. es un radiador bastante grande para una fuente de medio amperio nada mas. Este es un problema que surge cuando queremos disear una fuente con un alto rango de tensiones de salida. Prueba a hacer el clculo para una fuente variable hasta 30 V y 1 A, salen ms de 30W

34

CUESTIONARIO 1.-Queremos que una fuente fija con una salida de 5V y 0.5, vamos a calcular la potencia que se disipa en el regulador usando un transformador de 7 V y otro de 12 V. Para el transformador de 7 V: la Vmax de salida del transformador ser 7*1,4142= 9.9V descontando la cada en los diodos del puente sern 7.9 V a la entrada del regulador. Como la salida es de 5V la potencia disipada PD ser: Solucin:

2.- Se desea disear una fuente de alimentacin para un circuito que consume 150mA a 12 V, el rizado deber ser inferior al 10%. Para ello se dispone de un transformador de 10V y 2.5 VA y de un rectificador en puente. Elegir el valor del condensador: A.- Calcular la corriente que es capaz de suministrar el transformador para determinar si ser suficiente, esta corriente tendr que ser superior a la corriente que consume el circuito que vamos a alimentar.

B.-Calcular el Vmax. De salida del puente rectificador teniendo en cuenta la cada de tensin en los diodos (conducen dos a dos).

C.-Calcular el valor del condensador segn la formula del 10%, la I es de 150mA la f es 60 Hz y el Vmax es de 12.14 V.

OBSERVACIONES35

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

CONCLUSIONES _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA CHESTER L. DAWES Tratado de Electricidad Tomo I y II

http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/montajes/fuentev/i ndex.php http://www.electronica.com.ve/ventas/catalog/index.php http://www.terra.es/personal2/equipos2/fas.htm http://perso.wanadoo.es/chyryes/tutoriales/fuentes0.htm

36

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESIQIE DIQI PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N 3 LEY DE OHM

PRCTICA 3

LEY DE OHM

37

OBJETIVO GENERAL

El alumno comprobar la Ley de Ohm, y su no generalidad en los elementos electrnicos, por medio de grficas de voltaje y corriente.

MATERIAL Y EQUIPO

Resistencias: 680 Ohms 2w 1000 ohms 2w 2200 ohms 2w Diodo Rectificador 1 Voltmetro 1 Ampermetro 1 Ohmetro 1 Fuente de energa de C.D. variable Conectores necesarios 1 Tablero para armado de circuitos.

INTRODUCCIN:

En los inicios del siglo XIX, George Simon Ohm da un gran impulso a los estudios de la electricidad al desarrollar la ley que hoy lleva su nombre;38

esta ley relaciona el voltaje, la corriente y la resistencia en un circuito elctrico.

Esta ley no es de carcter general, ya que slo se cumple para ciertos elementos. Es decir, que si a un elemento conductor se le aplica un voltaje se tendr entonces una corriente fluyendo a travs de l. Si este voltaje se vara se tendrn diferentes valores de corriente.

Haciendo las grficas de voltaje contra corriente se podr observar que:

1. La grfica resultante ser una lnea recta: O sea que las variaciones

de corriente son proporcionales al voltaje aplicado y, por lo tanto, se cumple la Ley de Ohm, a este elemento se le llama OHMICO o RESISTIVO. 2. La grfica resultante ser una curva: Esto significa que para diferentes valores de voltaje se tiene determinados valores de corriente, sin tener una relacin proporcional; o sea, no se cumple la Ley de Ohm, a estos elementos se les llama NO OHMICOS.

DESARROLLO

LEA EL DESARROLLO DE LA PRCTICA Y RECONOZCA EL MATERIAL QUE VA A UTILIZAR, LUEGO REALICE CADA UNO DE LOS PUNTOS Y CONTESTE. EN CASO DE DUDA CONSULTE A SU PROFESOR.

I. LEY DE OHM

39

1. Mida con su ohmetro las resistencias indicadas en la Tabla 1; anote

sus mediciones en la columna indicada como Valor Medido. TABLA 1 Resistencia Valor nominal( ) R1 R2 R3 680 1000 2200 Valor Medido ( ) Corriente Valor Calculado(mA) Valor Medido (mA)

2. Con sus valores medidos de la resistencia y utilizando la Ley de Ohm

calcule la corriente del circuito de la Figura 1; para cada resistencia considere que se tiene una fuente de energa E = 10 volts. Anote sus resultados en la columna Valores de Corriente Calculados. + +E = 10 V RA

+V

-

-

3. Construya el circuito mostrados en la Figura 1, con la resistencia de

680 Ohms. Ajuste la fuente de energa hasta obtener una lectura de 10 volts. Anote la lectura obtenida en el miliampermetro, en la columna indicada como Valores de Corriente Medidos.4. Repita el punto 3 sustituyendo la resistencia de 680 ohms por la de

100 ohms.

40

5. Repita el punto 3 sustituyendo, ahora, la resistencia del circuito por la

de 2200 ohms.a) Los valores de corriente calculados son iguales de los valores

medidos? Por _________________________________________________________

que?

b) En un circuito, con una resistencia como carga, se puede saber el

valor de la corriente conociendo el voltaje de la fuente y el valor de la resistencia? ____________________________________________________________________ Efectivamente, en un circuito con una resistencia conocida y un voltaje de fuente conocido se puede saber la corriente que circula sin necesidad de medirla.

6. Utilizando el circuito del punto 3 (R = 680 ohms) calcule la corriente

para los valores de voltaje indicados en la Tabla 2. TABLA 2 E (Volts) 5 10 15 20 25 Corriente Calculada (mA) Corriente Medida (mA)

7. Con el circuito del punto 3 ajuste la fuente para medir cada uno de las

valores de voltaje indicados. Mida la corriente y antela en la Tabla 2 (Valor Medido), conserve el circuito. a) La corriente aument cuando el voltaje aument? _______________ Por qu?41

____________________________________________________________________ ________________________________________________________________ b) En este caso se dice que la corriente es directa o inversamente proporcional al voltaje? ___________________________________________________________ c) Para el caso de la Tabla 1, La corriente aument cuando la resistencia aumento? Si __________ No ______________ Por qu? ___________________________ d) En este caso se dice que la corriente es Directa o inversamente proporcional a la resistencia? ________________________________________________________ e) Existe tambin una proporcionalidad entre el voltaje y la resistencia que se puede expresar en la forma siguiente : El voltaje es _________________ proporcional a la resistencia. f) Complete los siguientes enunciados poniendo la palabra MAYOR O MENOR en los espacios indicados: Para aclarar los conceptos inversamente directamente proporcional se puede decir que: proporcional y

A voltaje constante, una mayor resistencia implica una __________ corriente; y una menor resistencia implica una ____________ corriente. (INVERSAMENTE PROPORCIONAL)

A corriente constante, una mayor resistencia implica un ________ voltaje. (DIRECTAMENTE PROPORCIONAL) A resistencia constante, una Mayor corriente implica ____________ voltaje; y una menor corriente implica ______________ voltaje . (DIRECTAMENTE PROPORCIONAL). un un42

g) Lo enunciado en el inciso f puede ser sintetizado en el principio que es la Ley _________________ que dice: ______________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _____________________________________________________________. Su expresin matemtica es: __________________________________________

Esta Ley permite conocer, sin necesidad de realizar mediciones, un tercer valor a partir de dos ya conocidos, cualquiera que sean, en circuitos ohmicos.

II. LEY DE OHM EN FORMA GRFICA. 1. Vace en la columna correspondiente a R= 680 ohms, las lecturas

obtenidas de la Tabla 2 en la Tabla 3.2. Realice el procedimiento del punto I-7 sustituyendo la resistencia de

680 ohms por la de 1000 ohms. Anote sus resultados en la columna R = 1000 de la Tabla 3.3. Ahora, repita el punto 2 con la resistencia de 2200 ohms.

TABLA 3 Corriente Medida (mA) para: V (Volts) R = 680 R = 1000 R = 220043

5 10 15 20 25

4. Con los datos obtenidos en la Tabla 3, realice la grfica para cada una

de las resistencias. Utilice las coordenadas indicadas en la Figura 2. Una los puntos a partir del origen. Anote en cada curva el valor de la resistencia que le corresponda Figura 2 I(mA)

40

35

30

25

20

15

44

10

5V (Volts)

0

5

10

15

20

25

a) Qu tipo de curva se obtuvo ? __________________________ Explique

por qu ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ______________________________________________________________b) Qu pasara, grficamente, si la resistencia del circuito fuera

mayor de 2.2 kilohms ? _________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________c) Qu pasara grficamente, si la resistencia del circuito fuera menor

de 680 ? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ______________________________________________________________d) Explique qu significado tienen las grficas siguientes: I I

V Grfica A Grfica B

V

45

Grfica A : _________________________________________________________ __________________________________________________________________

Grfica B : _________________________________________________________ __________________________________________________________________

e) Se formara una grfica similar a las obtenidas si la resistencia del

circuito fuera de 1 megohm y la fuente variara entra o y 100 volts ? _______________________ Por qu? ____________________________________________________________________f) La

representacin grfica de la Ley de Ohm es: ___________________________. Esto se debe a: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ______________________________________________________________

III.

ANLISIS GRFICO DE UN DISPOSITIVO NO OHMICO.

1. Construya el circuito de la Figura 3. (Siga las instrucciones de su

profesor para este punto). Figura 3+ A -

E

+ V -

46

2. Ajuste su fuente hasta obtener una lectura de

1 mA. En el

miliampermetro. Anote su lectura en la Tabla 4.3. Contine variando la fuente hasta obtener cada una de las corrientes

indicadas en la Tabla 4, y anote sus lecturas como lo hizo en el punto anterior. Cuide de no exceder de 10mA. La corriente del circuito.

Tabla 4 ID (mA) VD (V) 2 4 6 8 10

4. Con los datos obtenidos en la Tabla 4

realice una grfica en el

espacio de la Figura 4.

Figura 4I(mA) 10 8 6 4 2V(Volts)0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2

a) Observando la grfica, se puede decir que se cumple la Ley de

Ohm para el diodo ________________

rectificador?

Si ____________________ No Por qu?47

____________________________________________________________________ ________________________________________________________________b) La resistencia del diodo rectificador depende de la corriente

aplicada? Si ______ No _______ Explique _______________________________________________ __________________________________________________________________

:

5. Investigue si el diodo rectificador se puede utilizar como un dispositivo

lineal. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________6. Investigue en qu dispositivo, al ocurrir un aumento en el voltaje,

ocurre una disminucin en la corriente. _____________________________________________ Para qu se utilizan? _________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ CONCLUSIONES _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ______________________________________________ BIBLIOGRAFIA CHESTER L. DAWES Tratado de Electricidad. Tomo I y II48

JHONSON DAVID Anlisis Bsicos de Circuitos Elctricos. Prentice Hall, Mxico 1991

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESIQIE DIQI PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N 4 CIRCUITO SERIE, PARALELO Y SERIE PARALELO

49

PRCTICA 4 CIRCUITO SERIE, PARALELO Y SERIE-PARALELO

OBJETIVO: El alumno comprobar el funcionamiento de resistencias variables en aplicaciones de control de voltaje y corriente; inferir las caractersticas de un circuito a partir de las mediciones de corriente y voltaje y la aplicacin de la Ley de Ohm; y por ltimo analizar un Circuito Serie Paralelo aplicando sus conocimientos prcticos y tericos sobre circuitos serie y paralelo. MATERIAL Y EQUIPO: Resistencias: 2 de 1 kohm 2w 1 de 4.7 khoms 2w 1 de 2.2 kohms 2 w 1 de1.5 kohms a 2w 3 de 100 Ohms, 2w 2 de 220 ohms, 2w 1 de 330 ohms, 2w 1 voltmetro 1 ampermetro 1 ohmetro 1 fuente de energa de C.D. variable 1 tablero para armado del circuito50

Conectores necesarios

INTRODUCCIN:

En un circuito elctrico se puede encontrar a los elementos de la carga conectados en serie o paralelo, o la combinacin de ambos.

Es importante conocer las caractersticas de corriente y voltaje que tienen estos circuitos ya que este comportamiento se puede reflejar a circuitos con transistores, con circuitos integrados, etc.

Un circuito en serie es aqul cuyos elementos estn conectados siguiendo slo una trayectoria que va de la terminal positiva de la fuente a la terminal negativa.

El circuito paralelo es otra forma de conectar a los elementos de la carga. Las caractersticas de corriente y voltaje de este tipo de circuitos difieren de las caractersticas de los circuitos tipo serie.

Sin embargo, tanto los circuitos serie y paralelo se encuentran en una infinidad de aplicaciones, y junto con su combinacin (serie - paralelo), forman una totalidad de las posibilidades de conectar a los dispositivos en un circuito.

En un circuito paralelo los elementos se conectan directamente en las terminales de la fuente de tal forma que se tendrn varias trayectorias que van de la terminal positiva a la negativa.

51

Un circuito Serie-Paralelo, como su nombre lo indica, es la combinacin de ambos circuitos; por lo tanto, las caractersticas de cada uno de ellos se cumplirn en las partes correspondientes.

No existe una metodologa especfica para resolver este tipo de circuitos se procede simplemente a hacer un anlisis del circuito para reacomodarlo en una forma en que se puedan distinguir con claridad las partes del circuito que estn en paralelo y las que estn en serie; se procede a aplicar la Ley de Ohm y las propiedades de cada circuito para encontrar las diferentes variables.

DESARROLLO:

LEA EL DESARROLLO DE LA PRCTICA Y RECONOZCA EL MATERIAL QUE VA A UTILIZAR LUEGO REALICE CADA UNO DE LOS PUNTOS Y CONTESTE. EN CASO DE DUDA CONSULTE A SU PROFESOR.

I. CIRCUITOS SERIE

1. Del circuito de la Figura 1 : a) Calcule la resistencia total : RT = __________________ Kohmsb) Calcule la corriente total:

IT = ___________________ mA.

1. Construya el circuito. Ajuste la fuente hasta obtener una lectura de 15 v en el voltmetro, colocado ste entre los puntos AF. 2. Mida el voltaje en cada resistencia: a) VR1 = _______________V b) VR2 = _______________V c) VR3 = _______________V d) VR4 = _______________V

52

4. Mida la corriente de los puntos A, B, C, D y E, indicados en el circuito. (No olvide que para medir corriente debe intercalar el Ampermetro al circuito. Observe la polaridad correcta.) a) IA = ________________ mA b) IB = ________________ mA c) IC = ________________ mA d) ID = ________________ mA e) IE = ________________ mA Regrese su fuente de Energa a 0 Volts Figura 1

R1 = 1K

R2 = 4.7K

E = 15 V IT R3 = 2.2K

R4 = 1.5K

f) Cmo es la corriente para cualquier punto del circuito con respecto

a la corriente total? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________53

g) Cmo es el voltaje en cada una de las resistencias con respecto al

voltaje total? ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________h) Sume el voltaje en cada una de las resistencias y comparelo con el

voltaje total medido en el punto 2. Son iguales? Si _____________ No __________________ Explique: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________5. Agregue una resistencia (R5) de 1 Kohm al circuito, como se muestra

en la Figura 2; realice los siguientes clculos: a) La resistencia total del circuito RT = _____________kohms b) La corriente total del circuito: IT = _______________ mA Figura 2R1 = 1KA B

R2 = 4.7K E = 15VF

IT

C

R3 = 2.2K

E

D

R5 = 1K

R4 = 1.5K

6. Ajuste la fuente de energa nuevamente a 15 volts; mida el voltaje en cada resistencia como lo hizo en el punto 3. 7. Mida la corriente en los puntos A, B, C, D, E y F del circuito como lo hizo en el punto 4. a) IA = __________________ mA b) IB = __________________ mA c) IC = __________________ mA54

d) ID = __________________ mA e) IE = __________________ mA f) IF = __________________ mA

Regrese su fuente de energa a 0 volts. Desarme el circuito.

8. Responda las siguientes preguntas: a) Cmo es la corriente para cualquier punto del circuito con respecto a la corriente total? _____________________________________________________________ __________________________________________________________________b) Cmo es el voltaje en cada una de las resistencias con respecto al

voltaje total ? ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________c) Sume el voltaje en cada una de las resistencias, y comprelo con el

voltaje total medido en el punto 6. Son iguales? Si ________ No __________ Explique ____ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________d) El comportamiento de la corriente y el voltaje para ambos circuitos

fue el mismo? Escriba la regla general de estos comportamientos: Para la Corriente : _________ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Para el Voltaje : ____________________________________________________ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________e) Exprese estas caractersticas en forma matemtica: - Para la

Corriente : ________ __________________________________________________________________ Para Voltaje _______________________________________________________f) Comparando los resultados de ambos circuitos enuncie qu ocurri

con

:

-

La

Resistencia

Total

:55

___________________________________________________ - La Corriente Total Medida: ___________________________________________ - El Voltaje en cada Resistencia : _______________________________________ Efectivamente, al aumentar la resistencia total del circuito la corriente disminuyo ya que el voltaje de alimentacin se mantuvo constante; lo que implica que para circuitos en serie tambin se cumple la Ley de Ohm

g) Qu ocurre en el circuito serie cuando una de las resistencias se

cortocircuita? ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________h) Qu ocurre en el circuito serie cuando una de las resistencias se

abre? ________ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________i) Enumere 3 aplicaciones de circuitos serie y justifique su uso.

_________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ __________________________________________________________j) Qu

es polaridad? __________________________________________________ __________________________________________________________________ qu sirve conocer la polaridad de una resistencia ? ____________________ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________

k) Para

56

l) Qu

es la tierra? ___________________________________________________ __________________________________________________________________

m) Dibuje el circuito de la Figura 1 con indicaciones de tierra.

II. CIRCUITO PARALELO

1. Del circuito de la Figura 1: a) Calcule la resistencia total : RT = ____________________kohms b) Calcule la corriente total : IT = _____________________mA 2. Construya el circuito. Ajuste la fuente hasta obtener una lectura de 15

V en el voltmetro, entre el punto A y F.

A B

Figura 1C

IT IB IC ID

D

E

IE

+E = 15V R1= 1K R2= 4.7K R3= 2.2K R4= 1.5K

-

F

57

3. Mida el voltaje en cada resistencia: a) VR1 = ______________ V. b) VR2 = ______________ V. c) VR3 = ______________ V. d) VR4 = ______________ V. 4. Mida la corriente

en los puntos B, C, D y E indicados en el circuito. Observe que el punto A es diferente del punto B. La Figura 2 muestra la forma de conectar el ampermetro. Figura 2

B A

+

R1 = 1K

IB IB R1 = 1K

Regrese su fuente de energa a 0V

a) b) c) d) e)

IA = ______________ mA. IB = ______________ mA. IC = ______________ mA. ID = ______________ mA. IE = ______________ mA.

f) Cmo es el voltaje en cada una de las resistencias con respecto al

voltaje total, medido ste en el punto 2?.________________________________________________________________ __________________________________________________________________

58

g) Cmo es la corriente para cualquier trayectoria del circuito con

respecto a la corriente total medida (IA)? ____________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________h) Sume la corriente en cada una de las trayectorias (resistencias) del

circuito y comprelas con la corriente total en el punto A. Son iguales? Si: ______No _____ Por qu? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________5. Con el ampermetro en el punto A y el voltmetro entre A y F ajuste la

fuente de energa a 15V.6. Agregue la resistencia del Kohm en paralelo al circuito. a) Qu ocurre con la

corriente? __________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ocurre con el voltaje? ___________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

b) Qu

7. Desconecte del circuito, una a una, la resistencia del Kohm que

conect en el punto anterior, R4, R3 y R2. a) En esta ocasin, qu ocurri con la corriente? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________b) Qu

ocurri con el voltaje? ___________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Regrese la fuente de energa a 0 volts. Desarme el circuito.59

8. Responda las siguientes preguntas: a) En un circuito paralelo en general,

cmo es la corriente? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

b) Y, cmo es el voltaje? _____________________________________________

__________________________________________________________________c) Exprese

estas caractersticas en forma matemtica: Para la corriente: __________ __________________________________________________________________ Para el voltaje: ______________________________________________________ d) Conforme se quitaban resistencias, en el punto 7 resultaba: - La resistencia total: __________________________________________________________________ La corriente total medida: ____________________________________________ - El voltaje en cada resistencia: _________________________________________ Efectivamente, al quitar una a una las resistencias, la resistencia total va en aumento, la corriente disminuye, el voltaje de alimentacin y las cadas del voltaje se mantienen constantes; lo que implica que para los circuitos en paralelo tambin se cumple la Ley de Ohm.

e) Qu

ocurre al circuito cuando una de las resistencias se cortocircuita? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ocurre con el circuito cuando la resistencia se abre?.______________________________________________________________ _ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________________

f) Qu

60

g) Enumere 3 aplicaciones de circuitos en paralelo, y justifique su uso.

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ III. CIRCUITO SERIE - PARALELO

1. Vuelva a dibujar el circuito de la Figura 1, de tal forma que se

localicen fcilmente las resistencias que estn conectadas en paralelo. Figura 1R1=100

R2=220 R5=100

E = 20 V R3=330 R4=220 R6=100

2. Calcule las resistencias en paralelo y anote sus resultados: RT1 =

___________ ohms RT2 = _______________ ohms.3. Calcule la resistencia total y la corriente total del circuito para una

fuente de energa de 20 V. Anote sus resultados. RT = _______________ ohms, IT = ___________mA.4. Construya el circuito y compruebe que los clculos realizados en los

puntos 2 y 3 son correctos. RT1 = _______________ ohms. ______________ ohms RT = _______________ohms IT __________________mA.

RT2

= =

61

5. Calcule el voltaje en cada resistencias. Considere a las resistencias en

paralelo como su equivalente (RT1 y RT2) y compruebe sus clculos realizando las mediciones convenientes. Valores calculados: Valores medidos: VRT1 = _________________V VRT2 = _________________V VR6 = _________________V VRT1 = ____________________V VRT2 = ____________________V VR6 = ____________________V

6. Calcule la corriente que circula a travs de cada una de las

resistencias del circuito: I1 = ____________________ mA I2 = ____________________ mA I3 = ____________________ mA

I4 = ____________________ mA I5 = ____________________ mA I6 = ____________________ mA

7. Compruebe los clculos de corriente midindolos en el circuito.

I1 = ____________________ mA I2 = ____________________ mA I3 = ____________________ mA

I4 = ____________________ mA I5 = ____________________ mA I6 = ____________________ mA

8. Escriba la ecuacin de la corriente total en relacin a las 6 corrientes

medidas y compruebe que sus mediciones son correctas: _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

9. Escriba la ecuacin del voltaje total en relacin a los 6 voltajes y

compruebe que sus valores medidos son correctos: _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________62

10.

Proponga una metodologa para la resolucin de problemas con circuitos SerieParalelo. _____________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

11.

Qu consideraciones de potencia deben hacerse en un circuito Serie-Paralelo? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

CONCLUSIONES: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

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BIBLIOGRAFIA CHESTER L. DAWES Tratado de Electricidad Tomo I y II

http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/montajes/fuentev/i ndex.php

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESIQIE DIQI PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

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PRACTICA N5 CIRCUITOS RLC DE CORRIENTE ALTERNA

PRACTICA N5 Circuitos RLC de Corriente Alterna

OBJETIVO GENERAL Al trmino de la prctica el alumno ubicara experimentalmente los circuitos elctricos en serie, paralelo y mixtos, con dispositivos resistivos, inductivos y capacitivos, por lo cual es importante conocer el funcionamiento de los mismos y como se comportan, adems medir sus voltajes, valores de las resistencias e intensidades de corriente, tanto como de corriente alterna como de corriente directa. Manejar circuitos RC con corriente directa y circuitos RLC con corriente alterna, observando las interacciones de los dispositivos, tambin efectuara las mediciones correspondientes para obtener los valores experimentales y compararlos con los valores tericos. MATERIAL EMPLEADO a) Una fuente de corriente directa regulada de 0-30Volts. b) 5 resistencias (10000 , 2000, 1000, 650, 500, a o de Watt) o equivalencias c) Una fuente de corriente alterna regulada de 0-127 Volts. d) Multmetro digital.65

e) Una tabla de perfocel de 40 x 40 cm f) 20 caimanes g) Un capacitor electroltico de 1000 F a 35 V de C.D. h) Un capacitor de 6F a 350 V de C.A., y otro de 7F a 35 V. i) 10 zapatas de baquelita con sus respectivos tornillos y tuercas. j) Un cautn de punta. k) Soldadura y pasta para soldar

DESARROLLO EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 1

1.- Arme el circuito de figura 1 obtenga las mediciones de los parmetros resistivo en serie de corriente directa, anotando los valores obtenidos y realizando su clculos respectivos.

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Datos

V= 9 Volts R1=1000 R3= 10000 RT=R1+R3

VR1=IT R1 Vr3=IT R3 Variable s IT VR1 VR3 Valor terico Valor experimental % Error

Tabla 1 EXPERIMENTO 2

2.- Arme el circuito RC en paralelo de corriente directa de la figura 2, y note los valores en la tabla 2, realizando sus clculos respectivos.

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Datos: Vfuente= 9 Volts C1= 1000 F R2= 2000

IXC = IT IR2 Variable s V IR2 IC1 Valor terico Valor experimental % Error

Tabla 2 EXPERIMENTO 3 3.- Arme el circuito RL en serie de corriente alterna de la figura 3, anotando sus valores obtenidos en la tabla 3 realizando sus clculos respectivos.

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Datos: E = 25 V R5= 560 Xl= 2fL = WL XL=10 RT= R5 + X1

VR5= IR5 VXL= IXL Variable s IT VR5 VXL EXPERIMENTO 4 Valor terico Valor experimental % Error

Tabla 3

4.- Arme el circuito RLC en paralelo de corriente alterna de la figura 4, anotando los valores obtenidos en la tabla 4, realizando sus clculos respectivos.

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Datos:

E= 30V R4 = 560 Xl = 2 f L = WL XL =10 C2= 60F

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Variables VR4 VXL VXC IT IR IXL IXC

Valores tericos

Valores exp.

% Error

Tabla 4

CONSIDERACIONES TEORICAS Los circuitos de corriente alterna (C.A.) se usan en los sistemas de distribucin de energa elctrica, para alimentar radios, televisiones y otros dispositivos de comunicacin, as como una amplia variedad de motores elctricos. El calificativo alterna significa que la corriente cambia de direccin, alternando peridicamente en una direccin y en otra. Por lo general se trabajan corrientes que varan en forma senoidal. Se sabe que tanto la fem como la corriente producida varan de modo sinusoidal en el tiempo por lo que se establece que existan valores de frecuencia angular de la fuente de fem de corriente alterna. Se dice que dos cantidades como corriente y diferencia de potencial, estn en fase si alcanzan sus valores pico al mismo tiempo. Cuando se utilizan inductores se puede obtener una cantidad llamada reactancia del inductor, la unidad en el sistema internacional de la reactancia es el ohm, la reactancia de un elemento de circuito es una medida de su oposicin al flujo de la corriente alterna, la reactancia interviene en un circuito de C.A. como la resistencia en C.D. La reactancia de un elemento proporciona la diferencia de potencial que se debe aplicar para producir la unidad de corriente a travs del circuito a una frecuencia dada.

71

CIRCUITOS RLC EN SERIE Estos circuitos consisten en un resistor, un inductor y un capacitor en serie con una fuente de corriente alterna, el problema es determinar la corriente instantnea y su relacin de fase con la diferencia de potencial suministrada; la corriente instantnea es la misma en todos los puntos del circuito, en el instante descrito se supone que la corriente esta aumentando. Cada trmino de la suma de las diferencias del potencial de cada elemento tiene una fase distinta respecto a la corriente, por lo que se relacionan obteniendo la suma vectorial de los fasores de diferencia de potencial. Una vez obtenida la diferencia de potencial y con la corriente dada obtenemos la impedancia del circuito en serie, la cual es la resistencia media cuadrtica, (calculada mediante un anlisis vectorial utilizando el fasor de corriente y los fasores de la diferencia de potencial del resistor, capacitor e inductor) la unidad de la impedancia es el ohm, cabe destacar que la impedancia es una funcin de la frecuencia. En un circuito elctrico la energa se suministra por la fuente de fem; almacenada por los elementos capacitivos e inductivos y se disipa en los elementos resistivos, la conservacin de la energa requiere que en un tiempo en particular, la velocidad a la que se suministra la energa por la fuente de la fem debe ser igual a la velocidad a la cual se almacene en los elementos capacitivos e inductivos mas la velocidad a la que se disipa en los elementos resistivos. La energa disipada en el resistor flucta con el tiempo, de igual modo que con los elementos capacitivos e inductivos, en la mayora de los casos de corrientes alternas no merece atencin la forma como varia la potencia en cada ciclo el inters principal esta en la potencia promedio disipada en cualquier ciclo en particular, la energa promedio almacenada en los elementos inductivos o capacitivos permanece constante durante cualquier ciclo completo, por lo que la energa se transfiere a los elementos resistivos donde se disipa.

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CIRCUITOS RLC EN PARALELO Son circuitos que tienen dispositivos resistivos, capacitivos e inductivos conectados en paralelo, en estos es conveniente utilizar , si se proporciona la frecuencia ordinaria, es conveniente transformarla utilizando:

en el funcionamiento de los circuitos de C.A. se debe tener en cuenta que para un resistor los voltajes y la corriente siempre estn en fase, y los fasores correspondientes en un diagrama de fase tienen la misma direccin. Para un inductor el voltaje esta adelantado de la corriente en 90 (=90), para un capacitor el voltaje esta atrasado en 90 (=-90). Es importante recordar que en los circuitos de corriente alterna, todos los voltajes y corrientes son funciones sinusoidales del tiempo, en lugar de constantes. Por lo tanto, en circuitos en serie, la corriente instantnea es la misma en todos los elementos del circuito, mientras que en circuitos en paralelo la diferencia de potencial instantnea es la misma a travs de todos los elementos del circuito.

CUESTIONARIO 1.- Completar la tabla 5 para el circuito de la figura 8 que la acompaa, as como tambin realizar sus clculos respectivos.73

Resistenci R(K as ) R1 R2 5 R3 R4 2 Tabla 5

I (mA) 30 15

2.- Completar la tabla 6 y obtener la tensin de la fuente. Resistenci as R1 R2 R3 R4 R(K ) 22 3.3 V (volts) I (mA) 7.5 2.5 2.5 Tabla 6 OBSERVACIONES _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ CONCLUSIONES _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________74

P (W)

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ BIBLIOGRAFIA JOHNSON DAVID, Anlisis bsico de circuitos elctricos Ed. Prentice Hall, Mxico 1991 Chester L. Dawes, Tratado de electricidad tomo I y II

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESIQIE DIQI PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N6 INSTALACIONES ELCTRICAS RESIDENCIALES

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PRACTICA N6 Instalaciones Elctricas Residenciales OBJETIVO GENERAL Conocer el tipo de corriente y dispositivo que se utilizan en una industria residencial, as como las medidas de seguridad que se deben tomar para no tomar riesgos de mal funcionamiento o de corto circuito, adems saber identificar los tipos de instalaciones. Conocer los dispositivos de seguridad que se emplean para abrir los circuitos y evitar sobrecalentamiento o un posible comienzo de incendio. Adems se determinaran las corrientes que consumen lmparas incandescentes de distintas potencias, tener la capacidad suficiente para armar circuitos en Instalaciones Residenciales. MATERIAL EMPLEADO a) Fuente de corriente alterna (127 V de C.A.) b) Sockets c) Interruptor sencillo o apagador sencillo d) Contactos sencillos e) Resistencia de 100 o calefactor f) Multmetro digital g) Voltmetro individual h) Ampermetro individual i) Caimanes o conexiones j) Tabla de perfocel de 40 x 40 cm k) Alambre de calibre 14 o 16 l) Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Watt m)Terminales hembra y macho n) Cinta de aislar o) Pinzas de corte de electricista p) Desarmador plano q) Pinzas de corte y de pico r) Tubo conduit flexible de PVC (un metro)

76

CONSIDERACIONES TEORICAS La distribucin de energa en un circuito, es algo de suma importancia, ya que de ello depende el tipo de alimentacin que se necesita, por ejemplo en el sistema elctrico de un automvil se utilizan corriente directa en cambio en instalaciones residenciales, comerciales e industriales se utiliza corriente alterna, debido principalmente a que es mas fcil de distribuir y adems de que se puede incrementar o reducir con los transformadores. La idea bsica de las instalaciones residenciales se muestra en la figura 1, donde un lado de la lnea (del par de conductores) se le llama neutro, el cual siempre esta conectado a tierra, en la entrada del panel, en las casa la tierra es un pedazo de metal grande enterrado en la tierra (la cual generalmente es buena conductora); algunas veces tambin es conectada a la tubera. Los electricistas se refieren al para de lneas mencionadas como corriente neutro, las instalaciones modernas tienen dos lneas de corriente las cuales tienen polaridad opuesta con respecto al neutro.

El voltaje en Norteamrica es de 120 volts, en Europa usualmente es 240 volts, la cantidad de corriente (I) que necesita determinado dispositivo se determina mediante su potencia, por ejemplo para un foco de 100 watt.

77

La potencia que consume el foco se determina por su resistencia R, la cual en este caso a la temperatura de operacin es:

Similarmente una plancha que es de 1500 watt, consume una corriente de 12.5 A, y su resistencia de operacin a la temperatura de operacin es de 9.6 , esto es por que depende de la resistividad con respecto a la temperatura, la resistencia de los dispositivos elctricos es mucho menor cuando estn fros. Si se mide la resistencia de un foco de 100 watt con un hmetro (que no maneja una corriente considerable que incremente la temperatura), probablemente se encontrara un valor de 10 . Cuando se enciende el foco tiene una corriente diferente a la calculada, esto mientras se calienta el filamento del foco. La mxima corriente para un circuito esta limitada para la resistencia de los conductores, la potencia disipada en los cables, causa un calentamiento de estos en casos muy extremos se pueden incendiar o incluso fundirse. Es por eso que para instalaciones residenciales es conveniente manejar un conductor de calibre 12, el cual tiene un dimetro de 2.05 mm y puede soportar sin calentarse una corriente de 20 A. Mas gruesos como lo son calibre 8 (3.26 mm) o 6 (4.11 mm) se usan para dispositivos que necesitan una corriente mas alta, y calibre del 2 (6.54 mm) generalmente se utilizan para las entradas de alimentacin a residencias. Como proteccin para sobrecargas o para sobrecalentamiento se utilizan los fusibles o circuitos que corten la corriente. Un fusible tiene una aleacin plomo-estao con un arreglo con una laminilla con espesor delgado la cual tiene una temperatura baja de fusin, el fusible se funde cuando la corriente nominal es excedida. Un breaker es un dispositivo electromecnico que tiene la misma funcin, usando electromagneto o un strip bimetlico, la corriente es interrumpida cuando la corriente excede cierto valor predeterminado, o cuando hay un calentamiento excesivo.78

Si la instalacin que se maneja tiene fusibles y se conectan demasiados dispositivos de alta corriente en la misma lnea, el fusible se romper, no se debe reemplazar el fusible con uno de mayor capacidad, ya que se corre el riesgo de un fuerte sobrecalentamiento, y se puede comenzar un incendio. La nica solucin segura es distribuir los dispositivos en varios circuitos, las cocinas modernas tienen tres o cuatro circuitos por separado. Si se ponen en contacto los alambres de corriente y neutro, se causa un corto circuito, el cual puede ser causado, por un mal aislamiento, o cualquier mal funcionamiento mecnico, esto provee de una resistencia muy baja, y el paso de una corriente muy grande puede fundir el conductor, y si no se quema el fusible, o si no es interrumpido por un breaker, el aislante puede prenderse. Otro caso muy peligroso, es cuando el alambre esta semiroto, y el falso contacto puede causar chispas. Los fusibles y y nunca en desarrollarse, el conductor dispositivo y elctrica. los breakers, se deben conectar en el lado de la corriente, el neutro, de otra manera el corto circuito podra ya que tal vez el neutro quede desconectado, sin embargo con la corriente, aun esta vivo y si alguien toca el un objeto que haga tierra, podra dar una descarga

Como mayor seguridad, se utiliza un tercer conductor, que corresponde a la para redonda en los conectores, esta es conectada a la lnea neutra del panel, generalmente no lleva corriente pero conecta el panel a tierra. Si por accidente el conductor de corriente toca accidentalmente, la carcaza o cubierta de dispositivos, el tercer conductor mencionado, provee una ruta para que fluya la corriente, y posteriormente el fusible se rompe, sin el tercer conductor la corriente seguir viva, y si se toca y se hace tierra, lo cual causara un shock muy fuerte.

79

Las casas mas modernas utilizan, la alimentacin de tres conductores que provee la compaa de luz, uno es neutro, los otros dos son de 120 volts con respecto al neutro pero de diferente polaridad, dando los dos un voltaje de 240 volts. Este arreglo es el trifsico, en contraste con el arreglo de los dos cables (adems el tercer conductor para hacer tierra), con un sistema de tres conductores, las lmparas de 120 volts se conectan al neutro y a un alambre con corriente, para dispositivos que requieren 240 volts, como los hornos elctricos, son conectados entre las dos lneas de corriente.

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DESARROLLO EXPERIMENTAL EXPERIMENTO 1 1.-Construir el circuito mostrado en la figura 5, y tomar las intensidades de corrientes, para llenar la tabla 1, segn sea el foco o focos que correspondan, aislando perfectamente los amarres realizados, para evitar accidentes, adems de colocar en el circuito las terminales hembra mostradas, para medir la intensidad de corriente total.81

Medici n

1 2 3 4 5 6 Tabla 1 Mediciones de la de Corriente

F1 (40w )

F2 (60w )

F3 (100w)

I (A)

Intensidad

Donde son la lmpara o lmparas incandescentes que se les debe medir la intensidad de corriente elctrica. EXPERIMENTO 2 2.- Realizar experimentalmente las mediciones de los parmetros sealados en los circuitos de la figura 6, de las instalaciones elctricas residenciales, as como tambin sus clculos tericos, y llenar la tabla 2.

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IR2 = IT = IF1

RF1 = Re R VF1 = RF1 * IR2

Parmet Valor Valor % ro terico exp. Error IT VF1 VR2 Tabla 2. Resultados obtenidos del experimento 2 EXPERIMENTO 3 3.-Determinar experimentalmente las respectivas mediciones de la figura 7, de los siguientes parmetros y sus clculos tericos de dicha instalacin elctrica, y llenar tabla 3.

83

VF= VR3 =VF1=VF2=128 volts

IT= I

F1

= IF2= IR3

Realizar la comprobacin para el valor de la corriente total, mediante el clculo de la resistencia equivalente.

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Parmet Valor Valor % ro terico exp. Error IT IF1 IR2 IR3 VF2 Tabla 3. Resultados obtenidos del experimento 3 CUESTIONARIO 1.- Dadas las siguientes cargas monofsicas alimentadas a 127 volts para una casa habitacin, calcular la carga para el servicio. Alumbrado general Contactos Aparatos fijos Bomba de agua 4465 VA 4000 VA 6790 VA 27 VA

2.- Como se determina el tamao de los conductores del servicio de entrada a una casa habitacin o a una habitacin en general, as como el nmero de circuitos derivados que se requieren para alimentar las cargas y que normas se utilizan.

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3.-Calcular la carga de alumbrado general para una casa habitacin de 18 m x 15 m (Nota.- Segn la tabla 6.1 de cargas de alumbrado general en locales es de 20 Watt/m2).

4.-Suponiendo un local en el que, por raz