Manual_Laboratorio_IE_2010_Rev2

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

MANUAL DE PRÁCTICAS PARA EL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ING. DAVID ELIAS VILCHIS KURI

ING. SANDRA VILLANUEV FUNEZ

M. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIER

MÉXICO, D. F. ENERO 2010


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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

MANUAL DE PRÁCTICAS PARA EL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ELABORÓ Y RECOPILÓ:ING. DAVID ELIAS VILCHIS KURIING. SANDRA VILLANUEV FUNEZM. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIER

COLABORACIÓN:LAURA BELLY GONZÁLEZSANDRA VELÁZQUEZ GARCÍAITZEL RAMÍREZ MORENO

ACADEMIA DE DISEÑO

PRESIDENTEING. ERNESTO SALAZAR MORALES

JEFE DE MATERIAM. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIER

JEFE DEL LABORATORIO DE ING. ELECTRICA Y ELECTRONICAING. ARMANDO TONATIUH AVALOS BRAVO

PROFESORESING. ANGÉLICA TERESA GROCE ORTÍZING. ARMANDO TONATIUH ÁVALOS BRAVOING. AURELIO CARRASCO VÁZQUEZING. DAVID VILCHIS KURIING. MARÍA MATEOS HERNÁNDEZING. SANDRA VILLANUEV FUNEZING. SERGIO VALADEZ RODRÍGUEZING. RICARDO MARTÍNEZ PÉREZING. RODOLFO GONZÁLEZ BAEZING. JAVIER DIAZ ROMEROM. en C. IRMA PATRICIA FLORES ALLIER

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INDICE GENERAL

Justificación…………………………………………………………………………………………

4

Introducción……………………………………………………………………………...

…………6

Practica N° 1 Instrumentos y normas en el laboratorio de Ingeniería Eléctrica y

Electrónica…………………………………...................................................................

...................7

Practica N° 2 Fuente variable reguladora de corriente continua de 1.2-33V

……………….23

Práctica N° 3 Ley de Ohm

……………………………………………………………………….36

Práctica N° 4 Circuitos en serie, paralelo y serie paralelo

……………………………………49

Practica N°5 Circuitos RLC de corriente alterna

……………………………………………65

Practica N°6 Instalaciones

eléctricas……………………………………………………………74

3

Practica N°7 Manejo, funcionamiento y operación del osciloscopio

……………………….86

Practica N° 8 Manejo, funcionamiento y utilización de transformadores

monofásicos tipo

Núcleo..………………………………………………………………………………………...…

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JUSTIFICACIÓN

La tendencia actual que marca el Nuevo Modelo Educativo del

Instituto Politécnico Nacional, direcciona las acciones de enseñanza

aprendizaje dentro del proceso educativo. Es así que la Academia de

Diseño y Apoyo de Servicios, específicamente la comunidad docente de

la Unidad de Aprendizaje de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

interesada en promover, instrumentar y apoyar nuevas estrategias de

enseñanza, ha diseñado, elaborado y puesto en marcha un conjunto de

materiales de apoyos didácticos para dicha unidad de aprendizaje,

encaminados a mejorar y desarrollar las competencias profesionales de

los alumnos desde una visión práctica e integral.

El presente material “Manual de Prácticas para el Laboratorio de Ingeniería

Eléctrica y Electrónica (revisión dos)” corresponde al trabajo conjunto de

revisión, actualización e implementación de nuevas prácticas y mejora de las

ya existentes por parte de los profesores miembros de la Unidad de

4

Aprendizaje de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Cabe recordar que

este trabajo forma parte complementaria del proyecto didáctico

“Material didáctico para la Unidad de Aprendizaje de Ingeniería Eléctrica

y Electrónica” conformado por tres apoyos didácticos adicionales,

“Problemario con solución de circuitos eléctricos, transformadores y motores

para ingenieros químicos” “Apuntes de Ingeniería Eléctrica y Electrónica” y la

“Implementación del curso en Línea Ingeniería Eléctrica y Electrónica”

en la plataforma Moodle del IPN, que actualmente se encuentra en

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 enseñanza teórica.

A través de este manual , el alumno será capaz de desarrollar

competencias específicas como: 1) El reconocimiento de las normas de

seguridad dentro del laboratorio, así como la utilización correcta de los

aparatos de medición, 2) La identificación de las partes y

especificaciones de las fuentes variables reguladoras, 3) La

interpretación 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 eléctricas

residenciales, 7) El reconocimiento, manejo y organización de las partes

mas importantes del osciloscopio y 8) El manejo de diferentes

transformadores y su inducción electromagnética.

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El contenido de cada práctica consta de: a) Objetivos del curso; b)

Material Empleado c) Consideraciones teóricas o introducción, d)

Desarrollo, e) Cuestionario y f) Bibliografía. Cada alumno

complementará la teoría, los esquemas, datos y gráficos

correspondientes al experimento analizado. Esta información le será

referencia para poder reproducir íntegramente 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.

.

INTRODUCCIÓN

Este nuevo trabajo se desarrolla para orientar al alumno en el

laboratorio de Ingeniería Eléctrica a fin de integrar un mejor proceso

educativo teórico-práctico. Los sistemas de control o compuertas,

circuitos eléctricos transformadores y motores, debido a su importancia

en la industria y junto con las nuevas técnicas didácticas,

proporcionaran una oportunidad para ampliar el papel del laboratorio en

este proceso.

En los programas de educación técnica, la enseñanza práctica es parte

vital en la preparación de un ingeniero, puesto que:

1) Confiere al estudiante una amplia gama de experiencias en

técnicas, procesos, instrumento y equipo.

2) Presenta aplicaciones de la teoría básica.

3) Inculca la confianza en si mismo6

4) Desarrolla la capacidad de trabajo colaborativo.

5) Promueve los valores de responsabilidad, solidaridad y respeto

Este manual, se rediseñó con la finalidad de fomentar el desarrollo de

habilidades y competencias profesionales dentro del laboratorio de

Ingeniería Eléctrica y Electrónica, buscando una exacta sincronización

entre el trabajo practico y el del aula. Por ello, se incorporan

explicaciones adicionales y detalles de teoría que pueden ser

verificados a través del uso de la multimedia y próximamente con el uso

del software “Electronics Workbench”


ESIQIE

DIQI

PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N° 1

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INSTRUMENTOS Y NORMAS EN EL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

PRÁCTICA 1

INSTRUMENTOS Y NORMAS EN EL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA.

OBJETIVO.

El alumno conocerá o reafirmará prácticamente sus conocimientos y habilidades en el uso y manejo de las fuentes de energía e instrumentos de medición del laboratorio de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, así como las normas de seguridad que deberá cumplir.

INTRODUCCIÓN:

Fuentes de energía en el laboratorio: Estas son parte esencial de todas las prácticas que usted realizará. En esta asignatura sólo se hará uso de las fuentes de Corriente Alterna y Directa Variable. Recuerde que éstas van a ser parte de todos los circuitos que usted construirá y, guardadas las proporciones, son semejantes a las fuentes de uso práctico.

Instrumentos de Medición: Son los voltímetros, amperímetros y óhmetros, éstos serán como “la extensión de sus manos” en su trabajo profesional, ya que con ellos cuantificará las ‘cantidades

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eléctricas’. En el laboratorio hará uso de ellos constantemente. Recuerde que el habilitarse en el manejo de ellos facilitará todo trabajo.

Al entrar al laboratorio se debe tener presente que el material y equipo con el cual se cuenta y trabajará, CUESTA; y además, que no es para el uso exclusivo de una sola persona.

Cumplir con las normas de asistencia, disciplina y seguridad en el laboratorio, dará como resultado un mejor rendimiento, evitará daños físicos a las personas y al equipo. Recuerde: ¡TRABAJE EN SERIO! No juegue.

DESARROLLO

Lea cuidadosamente el desarrollo de la práctica 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 ENERGÍA.

1.- Las fuentes de energía que se tienen en el laboratorio proporcionan la energía para el funcionamiento de los circuitos. La energía que éstos generan es consumida por la carga (recuerde el esquema del circuito eléctrico, Observe la Figura 1).

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Figura 1

a) ¿De qué 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, según información de su profesor, el rango disponible de cada fuente; incluya las fuentes de propósito específico y anote su voltaje de salida (Aún no realice ninguna medición).

c) ¿Qué tipo de puntas requieren las fuentes? (banana, caimán, etc.)

Tenga cuidado de utilizar las puntas de conexión 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 práctica.

PRECAUCIONES: Cerciórese de que sus fuentes conserven sus controles en 0 V. Ajústelos hasta que su circuito de práctica este completamente armado y revisado. Para realizar cualquier variación al circuito,

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C O N D U C T O R E S

FUENTE DE

ENERGÍA

CARGA

desconecte y continúe su práctica. En caso de que la fuente no presente voltaje de salida, de aviso a su profesor.

CARATULA

Figura 2

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ENC.

APAG.Indicador de encendido

Interruptor

de

Control de voltaje de salida

Bornes de conexión

+

1

2

3

45

6

7

8

9

-

Figura 3

II.- INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN.

1. Los Instrumentos de medición son el medio de cuantificar que la operación de nuestros circuitos sea la correcta.

Dentro de los instrumentos usted encontrará:

Voltmetros Ampermetros Ohmetros Multímetros Analógicos Multímetros Digitales Wattmetro

Los instrumentos de medición no forman partes del circuito eléctrico, es decir, no forman partes del proceso Fuente-Carga, pero sí cuantifican el proceso.

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ESCALA

SELECTOR DE RANGOSELECTOE DE FUNCIONES

CERO

AJUSTE A CERO

BORNES

PUNTAS DE PRUEBA

Se medirá, en estas prácticas, cuatro variables básicas: Volts, Ohms, ampers y watts, con sus múltiplos y submúltiplos respectivos.

III.- NORMAS EN EL LABORATORIO

Hay que recordar que en un laboratorio se trabaja con corriente eléctrica, que manipulada de manera incorrecta puede causar sorpresas no deseadas.

Las normas y los hábitos de seguridad son factores muy importantes a considerar dentro del laboratorio donde experimentamos y así evitar un posible accidente.

Aquí se les dan unos consejos para que en tu laboratorio no vayan a ocurrir accidentes. Esperamos los pongas en práctica.

Tus áreas de trabajo deben tener equipos eléctricos debidamente protegidos, buena ventilación e iluminación. Tus componentes, herramientas, y los materiales deben de estar almacenados en áreas 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 eléctricas.

Una buena regla es:

"Nunca efectuar una instalación provisional, si debe usarse más de dos veces"

Al tratar con electricidad se debe de ser muy cuidadoso para evitar algún 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 protección de los tomacorrientes se hace a través de un elemento adicional para evitar descargas eléctricas llamado "Puesta a tierra", que suele ser una varilla de cobre enterrada en el suelo por la cual se deben desviar las descargas eléctricas no deseadas.

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Evita los "cortocircuitos" (conexión incorrecta entre dos cables) entre la fuente de alimentación (fuente de voltaje) y el circuito a crear o reparar. Verifica que no haya terminales o cables sueltos que puedan hacer un contacto accidental. Los fusibles cumplen la función de proteger los equipos, pero nosotros debemos cumplir la función de protegernos.

Los circuitos eléctricos pueden producir descargas eléctricas, por lo tanto, no hay que trabajar con circuitos en funcionamiento, especialmente cuando hay altos voltajes, aún voltajes pequeños pueden darte una mala sorpresa bajo ciertas condiciones.

Espero que con estos pequeños consejos puedas hacer de tu Laboratorio un lugar más seguro.

IV.- DESARROLLO

MULTÍMETRO DIGITAL

Un multímetro digital es un instrumento de laboratorio capaz de medir voltaje de CD, voltaje de CA, corriente directa o alterna, temperatura, capacitancia, resistencia, inductancia, caída de voltaje en un diodo y accesorios para medir temperatura, y corrientes mayores a 1 ampers. El límite superior de frecuencia de este instrumento digital queda entre unos 10 kHz y 1 MHz, dependiendo del diseño del instrumento.

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http://www.distele.com/zen/index.php?main_page=product_info&cPath=4_71&products_id=1135

http://www.distele.com/zen/index.php?main_page=product_info&products_id=1500


LOS MULTÍMETROS ANALÓGICOS

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

Multímetro analógico Multímetro digital

LOS MULTÍMETROS DIGITALES

Se identifican principalmente por un panel numérico para leer los valores medidos, la ausencia de la escala que es común el los multímetros analógicos. Lo que si tienen es un selector de función y un selector de escala (algunos no tienen selector de escala pues el VOM la determina automáticamente). Algunos tienen un solo selector central.

OSCILOSCOPIO El osciloscopio es un instrumento muy útil para realizar mediciones tanto AC como DC . Permite visualizar las formas de las ondas que se

presentan en un circuito. Este instrumento básicamente traza la amplitud (la tensión) de la forma de onda contra el tiempo en un tubo de

rayos catódicos

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MIDIENDO RESISTENCIA CON UN MULTÍMETRO, VOM, TESTER

Rangos de medida para los resistores / resistencias en un multímetro

Nota: Debido a la gran variedad y tipos de multímetros el método que se explica se considera una base que debe ser común a la mayoría de estos.

Este caso se presenta especialmente en el multímetro analógico, aunque puede aplicar al multímetro digital

El selector de rango de las resistencias es diferente a la del voltaje y la corriente.

Siempre que la función esté en ohmios, el resultado medido será 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 práctico (ver las opciones del selector en amarillo en la figura No. 4)

Si en la pantalla de un multímetro, al medir una resistencia, se lee 4.7 y el rango muestra: x 1000 ó x 1K.

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http://www.cedesa.com.mx/GDS-122_default.html


Escala del Multímetro.

El VOM estaría midiendo un resistor de valor 4.7 x 1000 = 4700 ó 4.7 K (Kilohms). Ver el gráfico.

Es muy importante escoger la función y el rango adecuados antes de realizar una medición.

Si se equivoca puede dañar el tester / VOM en forma definitiva.

Adicionalmente un multímetro analógico tiene dos perillas que permiten ajustar la aguja a cero (posición 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 función en Ohms2- Se pone en el rango: x 13- Se unen las puntas de prueba.

Al final del proceso anterior la aguja debe estar en 0 ohms. Si no es así se realiza el ajuste con la perilla (con las puntas unidas, creando una resistencia de 0 ohms).

MEDIR VOLTAJE EN C.D.

Para medir tensión / voltaje se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (voltios) en DC (c.d.).

Se revisa que los cables rojo y negro estén conectados correctamente.

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http://www.unicrom.com/Tut_multimetro.asp

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 más grande).

Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala para medir automáticamente.

Se conecta el multímetro 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 revés a la supuesta

Normalmente en los multímetros el cable rojo debe tener la tensión más alta que el cable negro. Ver la Figura No. 5.

MEDIR CORRIENTE DIRECTA

Para medir corriente directa se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (Amper) en DC.

Se revisa que los cables rojo y negro estén 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 más grande).

Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala automáticamente.

Para medir una corriente con el multímetro, éste tiene que ubicarse en el paso de la corriente que se desea medir.

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Para esto se abre el circuito en el lugar donde pasa la corriente a medir y conectamos el multímetro (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 había supuesto, (normalmente se supone que por el cable rojo entra la corriente al multímetro 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 multímetro preparado para medir corriente

Se mide la tensión que hay entre los terminales del elemento por el cual pasa la corriente que se desea averiguar y después, con la ayuda de la Ley de Ohm (V = I x R), se obtiene la corriente (I = V / R).

Para obtener una buena medición, se debe tener los valores exactos tanto del voltaje como de la resistencia.

Otra opción 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 magnético alrededor de él.

Esta medición es directamente proporcional a la corriente que circula por el conductor y que se muestra con una aguja o pantalla.

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MEDIR TENSIÓN, CORRIENTE E IMPEDANCIA EN CORRIENTE ALTERNA

COMO MEDIR TENSIÓN EN C.A.

Medir en corriente alterna es igual de fácil que hacer las mediciones en corriente directa (DC).

Se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (voltios) en AC (c.a.).

Como se está midiendo en corriente alterna, es indiferente la posición 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 más grande).

Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala para medir automáticamente.

Se conecta el multímetro 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 tensión.

MEDIR CORRIENTE ALTERNA

Se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (ampers) en AC (c.a.). Como se está midiendo en corriente alterna, es indiferente la posición del cable negro y el rojo.

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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 más grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala automáticamente.

Para medir una corriente con el multímetro, éste 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 multímetro (LO CONECTAMOS EN "SERIE", como se muestra en la Figura No. 8).

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

COMO MEDIR UNA IMPEDANCIA EN C.A.

Esta medición 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 más grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala automáticamente.

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Cuando se desea medir una impedancia (Z), que es la combinación 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 multímetros 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 fórmulas:

Donde:

f = frecuencia en Hertz o ciclos por segundo π (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.- CUESTIONARIO

a) ¿De qué partes consta un instrumento de medición?

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

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 relación de las características de los instrumentos en forma sintética.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Realice la comprobación de las características de las fuentes de energía utilizando los instrumentos de medición adecuados. Siga las instrucciones de su profesor.

c) Comente con su profesor las normas que deberá seguir en el laboratorio y las precauciones que debe tomar.

d) Con base en el concepto de circuito eléctrico y las partes que lo componen, dibuje en forma de bloques los circuitos que usted identifique en el laboratorio.

VI.- CONCLUSIONES

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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BIBLIOGRAFIA

CHESTER L. DAWESTratado de Electricidad.Tomo I y II

JHONSON DAVIDAnálisis Básicos de Circuitos Eléctricos.Prentice Hall, México 1991


ESIQIE

DIQI


PRACTICA N° 2

FUENTE VARIABLE REGULADORA DE

CORRIENTE CONTINUA DE 1.2-33V

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PRACTICA No. 2“FUENTE VARIABLE REGULADORA

DE CORRIENTE CONTINUA DE 1.2-33V”

OBJETIVOS GENERALES:*Al término el alumno conocerá las partes que integra una fuente de corriente continua de 1.2-33 volts y también su construcción físicamente.

* Conocerá las aplicaciones que se le dan a la fuente de corriente continua y su funcionalidad.

*En esta práctica se demostrará que la corriente continua se trasmite en forma de onda rectificada, ya sea cuadrática, diente de sierra, etc.*Se conocerán las especificaciones de dicha fuente de corriente directa, como son:-Tensión nominal de entrada: ______________________________________-Frecuencia: ___________________ Hertz-Tensión de salida: ________________________________________________

MATERIAL EMPLEADO:a).- T1 - Transformador con primario adecuado para la red eléctrica (110 o 220V) y secundario de 24V o (12+12) a 3ª.b).- IC1 – Circuito integrado LM350K (ECG970)c).- D1- Puente rectificador KBU4B o similar . Pueden usarse también 4 diodos rectificadores para 4A y tensiones de 100V o más. d).- D2 y D3 – Diodos 1N40021N4007 o similar.e).- C1 – Condensador o Capacitor Electrolítico (filtro) 4700F a 50V.f).- C2 – Condensador o Capacitor Electrolítico (filtro) 22F a 50V.g).- C3 – Condensador o Capacitor Electrolítico (filtro) 100F a 50V.h).- C4 – Condensador o Capacitor 0.1F a 50 v.i).- R1 – Resistencia de 270 a 1W.

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j).- R2 – Potenciómetro 5K lineal (no logarítmico). k).- Multimetro digital.l).- Pinzas de Corte de Electricista.m).- Desarmador planon).- Soldadura y Pasta para Soldar.o).- Cautín de Punta para Soldarp).- Clavija con su cable de un metro de distacia.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS.El motivo de estas lecciones no pretende sentar las bases de los conocimientos sobre electrónica digital, sin embargo antes debemos revisar los conocimientos de la electrónica analógica. 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 daría por satisfecho. De todos modos, GRACIAS, por anticipado.

En esta ocasión se revirarán los puntos más importantes a tener en cuenta para construir una fuente de alimentación estabilizada, con unas características adecuadas para alimentar un circuito electrónico con especificaciones digitales.

El diseño de fuentes de alimentación estabilizadas mediante reguladores integrados monolíticos (reguladores fijos), resulta sumamente fácil. Concretamente para 1A (amperio) de salida, en el comercio con encapsulado TO-220, se dispone de los más populares en las siguientes tensiones estándar de salida:

UA7805 5UA7806 6UA7808 8UA7809 9UA7812 12UA7915 15UA7818 18UA7824 24UA7830 30UA79XX Versión negativo -

TABLA 126

Todos estos tienen reguladores en común que son fijos y que proporcionan adecuadamente refrigerados una corriente máxima, de 1A. Veremos un ejemplo en el esquema básico de una fuente de alimentación de 5V y 500mA en la figura 301.Además de estos, en el mercado se pueden encontrar reguladores ajustables a tres patillas o más, con diferentes encapsulados en TO-220AB, TO-3 y SIL, según la otencia y el fabricante. Los más populares son los 78MG, LM200, LM317, LM337 y LM338, etc.

Los fabricantes de los reguladores recomiendan que la tensión entrada por el secundario del transformador debe ser como mínimo 3V superior a la tensión nominal del regulador (para un 7812, la tensión del secundario mínima será de 15V o mayor), esto también tiene que ver con la intensidad de consumo que se le exija a la salida de la fuente.

El transformador.

El transformador para una alimentación estabilizada debe ser, un transformador separador, esto quiere decir, que ha de disponer por seguridad, de dos devanados separados galvánicamente (eléctricamente), no es conveniente utilizar los llamados auto-transformadores los cuales como se sabe están construidos por una única bovina o devanado, en cual está 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 tensión que le exijamos a la fuente de alimentación, hemos de añadirle entre 3 y 6V por las caídas de tensión producidas al rectificar y regular en tensión e intensidad si ese es el caso, todo esto como digo, puede tratarse empíricamente (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 últimos tienen un mejor rendimiento, no obstante es determinante, por otra parte, es importante que los devanados estén separados físicamente y deben ser de hilo de cobre, no de aluminio.

El condensador electrolítico. A la hora de diseñar una fuente de alimentación, hay que tener en cuenta algunos factores, uno de ellos es

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la corriente que se le va a pedir, ya que este es, el factor más importante después de la tensión. Para determinar el valor del condensador electrolítico que se ha de aplicar a la salida del puente rectificador en doble onda, para alisar la corriente continua; la regla empírica que se suele aplicar, suele estar sobre los 2 000F por amperio de salida y la tensión del orden del valor superior estándar al requerido, o sea, según esto, para una fuente de 1.5 a 15V, el condensador electrolítico debe de ser al menos de 3 000F/35V.

Como se ha mencionado la tensión se debe sobre dimensionar, esta debe ser al menos diez unidades mayor que la tensión que se recoja en el secundario del transformador o la más aproximada a esta por encima (estándar en los condensadores). Este es el margen de seguridad exigible, ya que en muchas ocasiones los valores de tensión a los que se exponen no solo depende de la tensión nominal, también hay tensiones parasitas que pueden perforar el dieléctrico, en caso de ser muy ajustada la tensión de trabajo y máxime si estamos tratando con una fuente balanceada, este es otro caso.

El Rectificador.

Para rectificar una tensión debemos tener muy claro el tipo de fuente que vamos a necesitar, en contadas ocasiones optaremos por una rectificación de media onda, un caso concreto es el de un cargador de baterías sencillo y económico, en todos los demás casos, es muy conveniente disponer de un rectificador de onda completa, para minimizar el rizado. Los diodos encargados de esta función han de poder disipar la potencia máxima exigible además de un margen de seguridad. También están los puentes rectificadores que suelen tener parte de la cápsula en metálico para su adecuada refrigeración.

En algunos casos los rectificadores están provistos de un disipador de calor adecuado a la potencia de trabajo, de todas formas, se debe tener en cuenta este factor. La tensión nominal del rectificador debe tener en sí mismo un margen para no verse afectado por los picos habituales de la tensión de red, en resumidas cuentas y sin entrar en detalles de cálculos, para una tensión de secundario simple de 40V, debemos usar un diodo de 80V como mínimo, en el caso de tener un secundario doble de 40V de tensión cada uno, la tensión del rectificador debe ser de 200V

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y la potencia es algo más simple de calcular, ya que se reduce a la tensión por la intensidad y aplicaremos un margen de 10 a 30 Watios por encima de lo calculado, como margen. En algún caso debe vigilarse la tensión de recubrimiento, pero eso es en caso muy concreto.

El regulador.

En el caso de necesitar corrientes superiores a 1A, como ya se ha dicho, pueden utilizarse los reguladores de la serie 78HXX, LM3XX, en cápsula TO-3, capaces de suministrar 5A. El problema reside en que solo se disponen de 5A, 12V y 15 V, que en la mayoría de los casos es suficiente.

En el supuesto de necesitar una tensión regulable (ajustable) desde 17V a 24V. El regulador a utilizar podría ser uno de la serie LM317, LM350 o LM338, la diferencia con los anteriores es que le terminal común, en lugar de estar conectado a masa, es del tipo flotante y por lo tanto esto permite ajustarle en tensión. Estos son los encapsulados típicos.

El transformador de alimentación:

Lo normal es que sean transformadores reductores, con un primario único y uno o varios secundarios. Las características más importantes de un transformador de alimentación son:*Tensión del secundario o secundarios: viene expresada en tensión eficaz.*Potencia máxima entregable por los secundarios: expresada en V A (volts-amperios).*Resistencia de primario y secundarios: expresada en ohmios, a la temperatura de 25°C. *Pérdidas en el núcleo y en los bobinados: expresada en W (watios).*Corriente consumida por el transformador sin carga conectada: expresada en mA (miliamperios).

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Otros datos que suelen aparecer en las hojas de características de los transformadores son, por ejemplo, la eficiencia energética, la regulación de carga, etc., claro está, de las dimensiones físicas de mismo.

Los diodos rectificadores:

Deben ser diodos con unas características especiales. De hecho, existe un subgrupo de diodos llamados así, rectificadores. Los diodos rectificadores deben poder ser capaces de soportar de forma continua valores de corriente que, según que aplicaciones, puede llegar a ser elevada o muy elevada. Además, deben aguantar picos de corriente varias veces mayores que su corriente nominal máxima de funcionamiento. En cuanto a las características de tensión, es normal que puedan trabajar con tensiones inversas de algunas centenas de voltios. Tomemos como ejemplo un diodo rectificador muy difundido, el IN4007. Tiene aplicaciones en fuentes de alimentación de pequeña potencia de salida. Sus principales características son:

*Picos repetitivos de tensión inversa: 1 000V máximo.*Picos no repetitivos de tensión inversa: 1 200V máximo.*Tensión inversa máxima de forma continua: 700V.*Corriente nominal directa máxima: 1A.*Picos de corriente directa no repetitivos: 30A máximo.

Los condensadores de filtrado:Los condensadores que se usan son de tipo electrolítico, con un valor de capacidad que como mínimo suele ser de 1000F. Deben poder soportar al menos una tensión doble de la tensión de pico que entregue el transformador. Así mismo, deben elegirse condensadores con poca corriente de fuga, ya que de lo contrario se tendría una disipación de potencia apreciable en dicho elemento, provocando que se calentase y, si alcanza temperaturas elevadas, llegado el caso estallarse. También es deseable (imprescindible si se trata de la fuente primaria de un sistema de alimentación conmutado) elegir condensadores con una Resistencia Serie Equivalente (ESR) pequeña, ya que ello posibilitará que la fuente pueda entregar picos elevados de corriente ante demandas de la carga.

30

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Experimento 1

1. Para el montaje del LM350K siga las recomendaciones siguientes: Monte el LM350K en un disipador de calor. Utilice como

disipador la caja metálica que contendrá el circuito. Aísle eléctricamente el LM350K del disipador metálico,

utilizando separadores y micas aislantes, además 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 metálico, con el fin de prevenir un corto circuito.

Fuente Regulada

De todas las fuentes reguladas propuestas, esta es la más 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 configuración 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 metálico TO-3) el cual permite variar la tensión de salida entre 1.2 y 33 V con corrientes hasta de 3 Amper. La única precaución que se debe tomar, es montar IC1 en un buen disipador térmico.

Fuente Variable Regulada de 1.2 a 33 V-1.5 A.

En esta práctica 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:

SemiconductoresRegulador LM317T o sustitutoDiodo rectificador 1N4001 a 4007Diodo emisor de luz (LED)Resistores a ½ W

31

3.3K a 4.7 K (naranja-naranja-rojo-oro)Potenciómetro 5K línea S/S 180 a 220 (rojo-rojo-café-oro)

CapacitaresElectrolítico 1000 a 2200 μFCerámico 0.1 a 0.18 μFElectrolítico 1 a 10 μF

VariosTransformador 127VCA a 28 V 1.5 AFusible 0.5 a 1 A Disipador de calorHembra banana rojo y negroConector para puntas de MultímetroInterruptor

Después 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.

Fotografía No. 1 Alumnos en le laboratorio soldando

EXPERIMENTO 3

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

32

4. Arme la parte de la caja del kit para poder después 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 aproximación del LED y se soldé 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 Multímetro proceda a tomar lecturas para cerciorarse de que la fuente funciona correctamente, teniendo como resultado las siguientes lecturas:Vmax= 30 Volts; a 1.2 AVmin = 1.24 Volts

Nota: por lo que se concluye que el armado de la fuente es correcto, ya que podemos mencionar que aunque debería de dar cero como mínimo la mayoría de las fuentes armadas, por su escasa calidad no logran dar el cero.

Ejemplo Práctico 1

Se desea diseñar una fuente de alimentación para un circuito que consume 150 mA a 12V. El rizado deberá 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 será suficiente, esta corriente tendrá 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 intuición. Ten en cuenta siempre que el transformador tiene que ser de mas corriente de la que quieras obtener en la carga.

33

B.- Calculamos el valor de Vmax de salida del puente rectificador teniendo en cuenta la caída de tensión en los diodos (conducen dos a dos).

Esta será aproximadamente la tensión de salida de la fuente.

C.- Calculamos el valor del condensador según 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 Práctico 2

2.- Tenemos una fuente de alimentación variable desde 1.25 V a 15 V y 0.5 A con un LM317. Como la tensión máxima de salida es 15 V, la tensión de entrada al regulador tendrá 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 será de 0.5 A.

A 15 V la caída de tensión en el regulador será de 18-15=3V, la corriente es 0.5 A, luego:



34

Fíjate que hemos hecho los cálculos para el mejor de los casos en el que nos hemos preocupado de que la tensión de entrada al regulador no sea mas de la necesaria, aun así 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 diseñar una fuente con un alto rango de tensiones de salida. Prueba a hacer el cálculo para una fuente variable hasta 30 V y 1 A, salen más de 30W

CUESTIONARIO

1.-Queremos que una fuente fija con una salida de 5V y 0.5ª, 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 será 7*1,4142= 9.9V descontando la caída en los diodos del puente serán 7.9 V a la entrada del regulador. Como la salida es de 5V la potencia disipada PD será:

Solución:

2.- Se desea diseñar una fuente de alimentación para un circuito que consume 150mA a 12 V, el rizado deberá 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:

35

A.- Calcular la corriente que es capaz de suministrar el transformador para determinar si será suficiente, esta corriente tendrá 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 caída de tensión en los diodos (conducen dos a dos).

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

OBSERVACIONES

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA

36

CHESTER L. DAWESTratado de ElectricidadTomo I y II

http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/montajes/fuentev/ index.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


ESIQIE

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http://perso.wanadoo.es/chyryes/tutoriales/fuentes0.htm

http://www.terra.es/personal2/equipos2/fas.htm

http://www.electronica.com.ve/ventas/catalog/index.php

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


PRACTICA N° 3

LEY DE OHM

PRÁCTICA 3

LEY DE OHM

OBJETIVO GENERAL

El alumno comprobará la Ley de Ohm, y su no generalidad en los elementos electrónicos, por medio de gráficas de voltaje y corriente.

MATERIAL Y EQUIPO

Resistencias:

680 Ohms 2w

1000 ohms 2w

38

2200 ohms 2w

Diodo Rectificador

1 Voltmetro

1 Ampermetro

1 Ohmetro

1 Fuente de energía de C.D. variable

Conectores necesarios

1 Tablero para armado de circuitos.

INTRODUCCIÓN:

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

Esta ley no es de carácter general, ya que sólo se cumple para ciertos elementos. Es decir, que si a un elemento conductor se le aplica un voltaje se tendrá entonces una corriente fluyendo a través de él. Si este voltaje se varía se tendrán diferentes valores de corriente.

Haciendo las gráficas de voltaje contra corriente se podrá observar que:

1. La gráfica resultante será una línea recta: O sea que las variaciones de corriente son proporcionales al voltaje aplicado y, por lo tanto, se

39

cumple la Ley de Ohm, a este elemento se le llama OHMICO o RESISTIVO.

2. La gráfica resultante será una curva: Esto significa que para diferentes valores de voltaje se tiene determinados valores de corriente, sin tener una relación proporcional; o sea, no se cumple la Ley de Ohm, a estos elementos se les llama NO OHMICOS.

DESARROLLO

LEA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 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

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 Corriente

Valor nominal()

Valor Medido ()

Valor Calculado(mA)

Valor Medido (mA)

R1 680

R2 1000

R3 2200

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 energía E = 10 volts. Anote sus resultados en la columna Valores de Corriente Calculados.

40

3. Construya el circuito mostrados en la Figura 1, con la resistencia de 680 Ohms. Ajuste la fuente de energía hasta obtener una lectura de 10 volts. Anote la lectura obtenida en el miliamperímetro, 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.

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.

41

A

V

+

-

+

-E = 10 V

R

+ -

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) Corriente Calculada (mA) Corriente Medida (mA)

5

10

15

20

25

7. Con el circuito del punto 3 ajuste la fuente para medir cada uno de las valores de voltaje indicados. Mida la corriente y anótela en la Tabla 2 (Valor Medido), conserve el circuito.

a) ¿La corriente aumentó cuando el voltaje aumentó? _______________ ¿Por qué? ____________________________________________________________________________________________________________________________________

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 aumentó cuando la resistencia aumento? Si __________ No ______________ ¿Por qué? ___________________________

d) ¿En este caso se dice que la corriente es Directa o inversamente proporcional a la resistencia? ________________________________________________________

42

e) Existe también 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 proporcional y directamente proporcional se puede decir que:

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 un ____________ voltaje; y una menor corriente implica un ______________ voltaje . (DIRECTAMENTE PROPORCIONAL).

g) Lo enunciado en el inciso f puede ser sintetizado en el principio que es la Ley _________________ que dice: ______________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________. Su expresión matemática 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 GRÁFICA.

43

1. Vacíe 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 = 2200

5

10

15

20

25

4. Con los datos obtenidos en la Tabla 3, realice la gráfica 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

44

Figura 2

I(mA)

40

35

30

25

45

20

15

10

5

0 5 10 15 20 25

a) ¿Qué tipo de curva se obtuvo ? __________________________ Explique por qué ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) ¿Qué pasaría, gráficamente, si la resistencia del circuito fuera mayor de 2.2 kilohms ? _________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________

c) ¿Qué pasaría gráficamente, si la resistencia del circuito fuera menor de 680 ? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d) Explique qué significado tienen las gráficas siguientes:

46

V (Volts)

I I

V V

Gráfica A : _________________________________________________________ __________________________________________________________________

Gráfica B : _________________________________________________________ __________________________________________________________________

e) ¿Se formaría una gráfica similar a las obtenidas si la resistencia del circuito fuera de 1 megohm y la fuente variara entra o y 100 volts ? _______________________ ¿Por qué? ____________________________________________________________________

f) La representación gráfica de la Ley de Ohm es: ___________________________. Esto se debe a: ____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

III. ANÁLISIS GRÁFICO DE UN DISPOSITIVO NO OHMICO.

1. Construya el circuito de la Figura 3. (Siga las instrucciones de su profesor para este punto).

Figura 3

47

Gráfica A Gráfica B

2. Ajuste su fuente hasta obtener una lectura de 1 mA. En el miliamperímetro. Anote su lectura en la Tabla 4.

3. Continúe 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) 2 4 6 8 10

VD (V)

4. Con los datos obtenidos en la Tabla 4 realice una gráfica en el espacio de la Figura 4.

Figura 4

48

E

A

V

+

+

-

-

a) Observando la gráfica, ¿se puede decir que se cumple la Ley de Ohm para el diodo rectificador? Si ____________________ No ________________ ¿Por qué? ____________________________________________________________________________________________________________________________________

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 qué dispositivo, al ocurrir un aumento en el voltaje, ocurre una disminución en la corriente. _____________________________________________ ¿Para qué se utilizan? _________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES

49

I(mA

2

4

6

8

10

0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2

V(Volts)

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA

CHESTER L. DAWESTratado de Electricidad.Tomo I y II

JHONSON DAVIDAnálisis Básicos de Circuitos Eléctricos.Prentice Hall, México 1991


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PRACTICA N° 4

CIRCUITO SERIE, PARALELO Y SERIE PARALELO

PRÁCTICA 4

CIRCUITO SERIE, PARALELO Y SERIE-PARALELO

OBJETIVO:

El alumno comprobará el funcionamiento de resistencias variables en aplicaciones de control de voltaje y corriente; inferirá las características de un circuito a partir de las mediciones de corriente y voltaje y la aplicación de la Ley de Ohm; y por último analizará un Circuito Serie - Paralelo aplicando sus conocimientos prácticos y teóricos 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 w51

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 energía de C.D. variable

1 tablero para armado del circuito

Conectores necesarios

INTRODUCCIÓN:

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

Es importante conocer las características 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 aquél cuyos elementos están conectados siguiendo sólo 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 características de corriente y voltaje de este tipo de circuitos difieren de las características de los circuitos tipo serie.

52

Sin embargo, tanto los circuitos serie y paralelo se encuentran en una infinidad de aplicaciones, y junto con su combinación (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 tendrán varias trayectorias que van de la terminal positiva a la negativa.

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

No existe una metodología específica para resolver este tipo de circuitos se procede simplemente a hacer un análisis del circuito para reacomodarlo en una forma en que se puedan distinguir con claridad las partes del circuito que están en paralelo y las que están 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 PRÁCTICA 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 :

53

a) Calcule la resistencia total : RT = __________________ Kohms

b) Calcule la corriente total: IT = ___________________ mA.

1. Construya el circuito. Ajuste la fuente hasta obtener una lectura de 15 v en el voltmetro, colocado éste entre los puntos AF.

2. Mida el voltaje en cada resistencia:a) VR1 = _______________Vb) VR2 = _______________Vc) VR3 = _______________Vd) VR4 = _______________V

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 = ________________ mAb) IB = ________________ mAc) IC = ________________ mAd) ID = ________________ mAe) IE = ________________ mARegrese su fuente de Energía a 0 Volts

Figura 1

54

R2 = 4.7K

f) ¿Cómo es la corriente para cualquier punto del circuito con respecto a la corriente total? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

g) ¿Cómo 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 cálculos:a) La resistencia total del circuito RT = _____________kohms

55

R1 = 1K

R3 = 2.2K

E = 15 VIT

R4 = 1.5K

b) La corriente total del circuito: IT = _______________ mA

Figura 2

6. Ajuste la fuente de energía 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 = __________________ mAb) IB = __________________ mAc) IC = __________________ mAd) ID = __________________ mAe) IE = __________________ mAf) IF = __________________ mA

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

8. Responda las siguientes preguntas:a) ¿Cómo es la corriente para cualquier punto del circuito con respecto

a la corriente total? _____________________________________________________________ __________________________________________________________________

56

R1 = 1K

R2 = 4.7K

R3 = 2.2K

R4 = 1.5KR5 = 1K

E = 15VIT

A B

C

DE

F

b) ¿Cómo 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 compárelo 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 características en forma matemática: - Para la Corriente : ________ __________________________________________________________________ - Para Voltaje _______________________________________________________

f) Comparando los resultados de ambos circuitos enuncie qué ocurrió con : - La Resistencia Total : ___________________________________________________ - 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 alimentación se mantuvo constante; lo que implica que para circuitos en serie también se cumple la Ley de Ohm

g) ¿Qué ocurre en el circuito serie cuando una de las resistencias se cortocircuita?

57

____________________________________________________________________________________________________________________________________

h) ¿Qué ocurre en el circuito serie cuando una de las resistencias se abre? ________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________

i) Enumere 3 aplicaciones de circuitos serie y justifique su uso. _________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

j) ¿Qué es polaridad? __________________________________________________ __________________________________________________________________

k) ¿Para qué sirve conocer la polaridad de una resistencia ? ____________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________

l) ¿Qué 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

58

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.

Figura 1

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

59

A

B C

D EIT

IB IC ID IE

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

F

+

-

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 2ª muestra la forma de conectar el ampermetro.

Figura 2

a) IA = ______________ mA.b) IB = ______________ mA.c) IC = ______________ mA.d) ID = ______________ mA.e) IE = ______________ mA.

f) ¿Cómo es el voltaje en cada una de las resistencias con respecto al voltaje total, medido éste en el punto 2?.________________________________________________________________ __________________________________________________________________

g) ¿Cómo es la corriente para cualquier trayectoria del circuito con respecto a la corriente total medida (IA)? ____________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________

60

B

R1 = 1K

R1 = 1K IB

IB

A

+

-

Regrese su fuente de energía a 0V

h) Sume la corriente en cada una de las trayectorias (resistencias) del circuito y compárelas con la corriente total en el punto A. ¿Son iguales? Si: ______No _____ ¿Por qué? ____________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Con el ampermetro en el punto A y el voltmetro entre A y F ajuste la fuente de energía a 15V.

6. Agregue la resistencia del Kohm en paralelo al circuito.a) ¿Qué ocurre con la corriente?

__________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________

b) ¿Qué ocurre con el voltaje? ___________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Desconecte del circuito, una a una, la resistencia del Kohm que conectó en el punto anterior, R4, R3 y R2.a) En esta ocasión, ¿qué ocurrió con la corriente?

____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) ¿Qué ocurrió con el voltaje? ___________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________

Regrese la fuente de energía a 0 volts. Desarme el circuito.

8. Responda las siguientes preguntas:

61

a) En un circuito paralelo en general, ¿cómo es la corriente? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

b) Y, ¿cómo es el voltaje? _____________________________________________ __________________________________________________________________

c) Exprese estas características en forma matemática: 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 alimentación y las caídas del voltaje se mantienen constantes; lo que implica que para los circuitos en paralelo también se cumple la Ley de Ohm.

e) ¿Qué ocurre al circuito cuando una de las resistencias se cortocircuita? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

f) ¿Qué ocurre con el circuito cuando la resistencia se abre?._______________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________

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

62

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

III. CIRCUITO SERIE - PARALELO

1. Vuelva a dibujar el circuito de la Figura 1, de tal forma que se localicen fácilmente las resistencias que estén conectadas en paralelo.

Figura 1

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 energía de 20 V. Anote sus resultados. RT = _______________ ohms, IT = ___________mA.

4. Construya el circuito y compruebe que los cálculos realizados en los puntos 2 y 3 son correctos. RT1 = _______________ ohms. RT2 = ______________ ohms RT = _______________ohms IT = __________________mA.

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R1=100

R2=220

R3=330 R4=220

R5=100

R6=100E = 20 V

5. Calcule el voltaje en cada resistencias. Considere a las resistencias en paralelo como su equivalente (RT1 y RT2) y compruebe sus cálculos realizando las mediciones convenientes.

Valores calculados: Valores medidos:

VRT1 = _________________V VRT1 = ____________________V

VRT2 = _________________V VRT2 = ____________________V

VR6 = _________________V VR6 = ____________________V

6. Calcule la corriente que circula a través de cada una de las resistencias del circuito:

I1 = ____________________ mA I4 = ____________________ mA

I2 = ____________________ mA I5 = ____________________ mA

I3 = ____________________ mA I6 = ____________________ mA

7. Compruebe los cálculos de corriente midiéndolos en el circuito.I1 = ____________________ mA I4 = ____________________ mA

I2 = ____________________ mA I5 = ____________________ mA

I3 = ____________________ mA I6 = ____________________ mA

8. Escriba la ecuación de la corriente total en relación a las 6 corrientes medidas y compruebe que sus mediciones son correctas: _______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Escriba la ecuación del voltaje total en relación a los 6 voltajes y compruebe que sus valores medidos son correctos: _______________________________________________________________________

64

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Proponga una metodología para la resolución de problemas con circuitos Serie- Paralelo. _____________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11. ¿Qué consideraciones de potencia deben hacerse en un circuito Serie-Paralelo? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA

CHESTER L. DAWESTratado de Electricidad

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Tomo I y II

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


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PRACTICA N°5

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CIRCUITOS RLC DE CORRIENTE ALTERNA

PRACTICA N°5

Circuitos RLC de Corriente Alterna

OBJETIVO GENERAL

Al término de la práctica el alumno ubicara experimentalmente los circuitos eléctricos 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, además medirá 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, también efectuara las mediciones correspondientes para obtener los valores experimentales y compararlos con los valores teóricos.

MATERIAL EMPLEADO

a) Una fuente de corriente directa regulada de 0-30Volts.b) 5 resistencias (10000 Ω, 2000Ω, 1000Ω, 650Ω, 500Ω, a ½ o ¼ de

Watt) o equivalenciasc) Una fuente de corriente alterna regulada de 0-127 Volts.d) Multímetro digital.e) Una tabla de perfocel de 40 x 40 cmf) 20 caimanesg) Un capacitor electrolítico de 1000 μF a 35 V de C.D.h) Un capacitor de 6μF a 350 V de C.A., y otro de 7μF a 35 V.i) 10 zapatas de baquelita con sus respectivos tornillos y tuercas.

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j) Un cautín de punta.k) Soldadura y pasta para sueldar.


EXPERIMENTO 1

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

Datos V= 9 VoltsR1=1000ΩR3= 10000ΩRT=R1+R3

VR1=IT R1

Vr3=IT R3

Variables

Valor teórico

Valor experimental

% Error

ITVR1

VR3

Tabla 1

EXPERIMENTO 2

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

Datos: Vfuente= 9 VoltsC1= 1000 μFR2= 2000Ω

IXC = IT – IR2

Variables

Valor teórico

Valor experimental

% Error

VIR2

IC1

Tabla 2

EXPERIMENTO 33.- Arme el circuito RL en serie de corriente alterna de la figura 3, anotando sus valores obtenidos en la tabla 3 realizando sus cálculos respectivos.

Datos:E = 25 VR5= 560ΩXl= 2πfL = WLXL=10ΩRT= R5 + X1

VR5= IR5

VXL= IXL

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Variables

Valor teórico

Valor experimental

% Error

ITVR5

VXL

Tabla 3EXPERIMENTO 4

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

Datos:

E= 30VR4 = 560ΩXl = 2 πf L = WLXL =10 ΩC2= 60μF

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Variables Valores teóricos

Valores exp.

% Error

VR4

VXL

VXC

ITIRIXL

IXC

Tabla 4

CONSIDERACIONES TEORICAS

Los circuitos de corriente alterna (C.A.) se usan en los sistemas de distribución de energía eléctrica, para alimentar radios, televisiones y otros dispositivos de comunicación, así como una amplia variedad de motores eléctricos. El calificativo alterna significa que la corriente cambia de dirección, alternando periódicamente en una dirección y en otra. Por lo general se trabajan corrientes que varían en forma senoidal.

Se sabe que tanto la fem como la corriente producida varían 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, están 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 oposición 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 través del circuito a una frecuencia dada.

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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 instantánea y su relación de fase con la diferencia de potencial suministrada; la corriente instantánea es la misma en todos los puntos del circuito, en el instante descrito se supone que la corriente esta aumentando.

Cada término 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 cuadrática, (calculada mediante un análisis 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 función de la frecuencia.

En un circuito eléctrico la energía se suministra por la fuente de fem; almacenada por los elementos capacitivos e inductivos y se disipa en los elementos resistivos, la conservación de la energía requiere que en un tiempo en particular, la velocidad a la que se suministra la energía 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 energía disipada en el resistor fluctúa con el tiempo, de igual modo que con los elementos capacitivos e inductivos, en la mayoría de los casos de corrientes alternas no merece atención la forma como varia la potencia en cada ciclo el interés principal esta en la potencia promedio disipada en cualquier ciclo en particular, la energía promedio almacenada en los elementos inductivos o capacitivos permanece constante durante cualquier ciclo completo, por lo que la energía 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 ω, 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 están en fase, y los fasores correspondientes en un diagrama de fase tienen la misma dirección. Para un inductor el voltaje esta adelantado de la corriente en 90° (Φ=90°), para un capacitor el voltaje esta atrasado en 90° (Φ=-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 instantánea es la misma en todos los elementos del circuito, mientras que en circuitos en paralelo la diferencia de potencial instantánea es la misma a través de todos los elementos del circuito.

CUESTIONARIO

1.- Completar la tabla 5 para el circuito de la figura 8 que la acompaña, así como también realizar sus cálculos respectivos.

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Resistencias

R(KΩ)

I (mA)

R1 30R2 5R3 15R4 2

Tabla 5

2.- Completar la tabla 6 y obtener la tensión de la fuente.

Resistencias

R(KΩ)

V (volts)

I (mA) P (W)

R1 22 7.5R2 3.3R3 2.5R4 2.5

Tabla 6

OBSERVACIONES____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

74

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA

JOHNSON DAVID, Análisis básico de circuitos eléctricosEd. Prentice Hall, México 1991

Chester L. Dawes, Tratado de electricidad tomo I y II


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PRACTICA N°6 INSTALACIONES ELÉCTRICAS RESIDENCIALES

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PRACTICA N°6

Instalaciones Eléctricas Residenciales

OBJETIVO GENERAL

Conocer el tipo de corriente y dispositivo que se utilizan en una industria residencial, así como las medidas de seguridad que se deben tomar para no tomar riesgos de mal funcionamiento o de corto circuito, además 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.Además se determinaran las corrientes que consumen lámparas 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) Socketsc) Interruptor sencillo o apagador sencillod) Contactos sencillose) Resistencia de 100Ω o calefactorf) Multímetro digitalg) Voltímetro individualh) Amperímetro individuali) Caimanes o conexionesj) Tabla de perfocel de 40 x 40 cmk) Alambre de calibre 14 o 16l) Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Wattm)Terminales hembra y machon) Cinta de aislaro) Pinzas de corte de electricistap) Desarmador planoq) Pinzas de corte y de picor) Tubo conduit flexible de PVC (un metro)

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La distribución de energía en un circuito, es algo de suma importancia, ya que de ello depende el tipo de alimentación que se necesita, por ejemplo en el sistema eléctrico de un automóvil se utilizan corriente directa en cambio en instalaciones residenciales, comerciales e industriales se utiliza corriente alterna, debido principalmente a que es mas fácil de distribuir y además de que se puede incrementar o reducir con los transformadores.

La idea básica de las instalaciones residenciales se muestra en la figura 1, donde un lado de la línea (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 también es conectada a la tubería. Los electricistas se refieren al para de líneas mencionadas como corriente neutro, las instalaciones modernas tienen dos líneas de corriente las cuales tienen polaridad opuesta con respecto al neutro.

El voltaje en Norteamérica 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.

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

Similarmente una plancha que es de 1500 watt, consume una corriente de 12.5 A, y su resistencia de operación a la temperatura de operación es de 9.6 Ω, esto es por que depende de la resistividad con respecto a la temperatura, la resistencia de los dispositivos eléctricos es mucho menor cuando están fríos. Si se mide la resistencia de un foco de 100 watt con un óhmetro (que no maneja una corriente considerable que incremente la temperatura), probablemente se encontrara un valor de 10 Ω. Cuando se enciende el foco tiene una corriente diferente a la calculada, esto mientras se calienta el filamento del foco.

La máxima 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 diámetro 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 alimentación a residencias.

Como protección para sobrecargas o para sobrecalentamiento se utilizan los fusibles o circuitos que corten la corriente. Un fusible tiene una aleación plomo-estaño con un arreglo con una laminilla con espesor delgado la cual tiene una temperatura baja de fusión, el fusible se funde cuando la corriente nominal es excedida. Un breaker es un dispositivo electromecánico que tiene la misma función, usando electromagneto o un strip bimetálico, la corriente es interrumpida cuando la corriente

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excede cierto valor predeterminado, o cuando hay un calentamiento excesivo.

Si la instalación que se maneja tiene fusibles y se conectan demasiados dispositivos de alta corriente en la misma línea, el fusible se romperá, 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 única solución 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 mecánico, 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 los breakers, se deben conectar en el lado de la corriente, y nunca en el neutro, de otra manera el corto circuito podría desarrollarse, ya que tal vez el neutro quede desconectado, sin embargo el conductor con la corriente, aun esta vivo y si alguien toca el dispositivo y un objeto que haga tierra, podría dar una descarga eléctrica.

Como mayor seguridad, se utiliza un tercer conductor, que corresponde a la para redonda en los conectores, esta es conectada a la línea 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 seguirá viva, y si se toca y se hace tierra, lo cual causara un shock muy fuerte.

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Las casas mas modernas utilizan, la alimentación de tres conductores que provee la compañía 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 trifásico, en contraste con el arreglo de los dos cables (además el tercer conductor para hacer tierra), con un sistema de tres conductores, las lámparas de 120 volts se conectan al neutro y a un alambre con corriente, para dispositivos que requieren 240 volts, como los hornos eléctricos, son conectados entre las dos líneas de corriente.

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EXPERIMENTO 1

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

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Medición

F1 (40w

)

F2 (60w

)

F3 (100w)

I (A)

1 ☼2 ☼3 ☼4 ☼ ☼5 ☼ ☼6 ☼ ☼

Tabla 1 Mediciones de la Intensidad de Corriente

Donde ☼ son la lámpara o lámparas incandescentes que se les debe medir la intensidad de corriente eléctrica.

EXPERIMENTO 2

2.- Realizar experimentalmente las mediciones de los parámetros señalados en los circuitos de la figura 6, de las instalaciones eléctricas residenciales, así como también sus cálculos teóricos, y llenar la tabla 2.

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IR2 = IT = IF1

RF1 = Re – RVF1 = RF1 * IR2

Parámetro

Valor teórico

Valor exp.

% Error

ITVF1

VR2

Tabla 2. Resultados obtenidos del experimento 2

EXPERIMENTO 3

3.-Determinar experimentalmente las respectivas mediciones de la figura 7, de los siguientes parámetros y sus cálculos teóricos de dicha instalación eléctrica, y llenar tabla 3.

83

VF= VR3 =VF1=VF2=128 volts

IT= I F1= IF2= IR3

Realizar la comprobación para el valor de la corriente total, mediante el cálculo de la resistencia equivalente.

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Parámetro

Valor teórico

Valor exp.

% Error

ITIF1

IR2

IR3

VF2

Tabla 3. Resultados obtenidos del experimento 3

CUESTIONARIO

1.- Dadas las siguientes cargas monofásicas alimentadas a 127 volts para una casa habitación, calcular la carga para el servicio.

Alumbrado general 4465 VAContactos 4000 VAAparatos fijos 6790 VABomba de agua 27 VA

2.- Como se determina el tamaño de los conductores del servicio de entrada a una casa habitación o a una habitación en general, así como el número 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 habitación de 18 m x 15 m (Nota.- Según la tabla 6.1 de cargas de alumbrado general en locales es de 20 Watt/m2).

4.-Suponiendo un local en el que, por razones de trabajo se tienen 4 cargas colocadas sin guardar lineamiento alguno. Calentar el centro de carga y la distancia de este a la toma de corriente de acuerdo a la figura 8.

Cargas: W1 = 5000wattW2 = 4000wattW3 = 6000 wattW4= 4000 watt

OBSERVACIONES__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA

Chester L. DawesTratado de electricidad tomo I y II

Young-Freedman, University PhysicsEdit. Adisson Wesley, EU 1996

Gilberto Enríquez HarperInstalaciones eléctricas industrialesEdit. Limusa


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PRACTICA N° 7

MANEJO, FUNCIONAMIENTO Y OPERACIÓN DEL OSCILOSCOPIO

PRACTICA N°7

Manejo, Funcionamiento y Operación del Osciloscopio

OBJETIVOS GENERALES

Al término de la práctica el alumno conocerá las partes que integran un osciloscopio, así como su uso.

Encontrara las aplicaciones que se le dan al osciloscopio, obteniendo las diferentes ondas senoidales y rectificadas, con diodos semiconductores.

Definirá el uso de cada uno de los controles encontrados en el osciloscopio, tanto físicamente como en video.

En esta practica se demostrara que la corriente alterna se transmite en forma senoidal, y se pretende mostrar también otras propiedades como su fase, amplitud, periodo y frecuencia.

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Establecer como el osciloscopio desempeña un papel fundamental en el laboratorio de electricidad aplicada.

MATERIAL EMPLEADO

a) Fuente de energía de C.A. (127 V de C.A.)b) Fuente de energía de C.D. (0 a 20 volts.)c) Osciloscopiod) Generador de funciones (modelo 4040 A para 20MHz)e) Puente de rectificación (diodos) f) Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Wattsg) Resistencia de 100Ω a ½ Watt h) Resistencia de 270, 2 Watt o 330Ωi) Resistencia de 1 KΩ, ½ Wattj) Diodo de silicio (CR1)k) Terminales de tornillosl) Terminales de caimanes (20 pares)m)Voltímetro de C.A. y C.D.n) Amperímetro de C.A. y C.D.o) Cable para conexiones o 20 (caimanes pares)p) Multímetro digital.q) Tabla de perfocel de 40 x 40


El osciloscopio es uno de los más importantes aparatos de medida que existen actualmente. Representa gráficamente las señales que le llegan, pudiendo así observarse en la pantalla muchas más características de la señal que las obtenidas con cualquier otro aparato.

Con el osciloscopio, no solo podemos averiguar el valor de una magnitud, sino que, entre otras muchas cosas, podemos saber la forma que tiene dicha magnitud, es decir, podemos obtener la grafica que la representa. Una grafica es una curva que tiene dos ejes de referencia, el denominado de abscisas u horizontal y el eje de ordenadas o vertical. Para representar cada punto de la grafica tenemos que dar dos coordenadas, una va a corresponder a su posición respecto al eje horizontal y la otra va a ser su posición respecto al eje vertical. Esta

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grafica se va a representar en la pantalla que tienen todos los osciloscopios.

La forma de trabajo de un osciloscopio consiste en dibujar una grafica debido al movimiento de un haz de electrones sobre una pantalla de fosforo que es la parte interna del tubo de rayos catódicos. Parar representar dicha señal sobre el tubo se realiza una diversión en 2 partes: señal vertical y señal horizontal. Dichas señales son tratadas por diferentes amplificadores y, después de, son compuestas en el interior del osciloscopio.

Un osciloscopio puede ser utilizado para estudiar propiedades físicas que no generan señales eléctricas, por ejemplo las propiedades mecánicas. Para poder representar en la pantalla del osciloscopio en la pantalla del osciloscopio dichas propiedades, es necesario utilizar transductores que conviertan la señal que le llega, en este caso la mecánica, en impulsos eléctricos. Un osciloscopio es un aparato que se basa su funcionamiento en alta sensibilidad que tiene a la tensión, por lo que se podría entender como un voltímetro de alt impedancia. Es capaz de analizar con mucha precisión cualquier fenómeno que podamos transformar mediante un transductor de tensión eléctrica.

Partes de un osciloscopio

Las partes principales de las que está formado todo osciloscopio son: el tubo de rayos catódicos, un amplificador para la señal vertical y otro para la horizontal, una fuente de alimentación, una base de tiempos y un sistema de sincronismo.

El “tubo de rayos catódicos” es lo que comúnmente denominamos pantalla, aunque no solo está compuesto esta sino que en el interior tiene más partes. El fundamento de estos tubos es igual al de la televisión. Su principal función es que permite visualizar la señal que se está estudiando, utilizando para ello sustancias fluorescentes que proporcionan una luz normalmente verde.

En la pantalla aparecen un conjunto de líneas reticuladas que sirven como referencia para realizar las medidas. Dichas líneas están colocadas sobre la parte interna del cristal, estando así la traza dibujada por el haz de electrones y la cuadricula en el mismo plano, lo cual evita muchos errores de apreciación. Según el modelo de osciloscopio la cuadricula

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que se utiliza puede ser de un tamaño o de otro. Algunos de los más comunes son de 8x10, 10x10, 6x10, etc. Además de las divisiones principales representadas por la cuadricula, normalmente suele haber otras subdivisiones que son utilizadas para realizar medidas más precisas.

Otra de las partes del osciloscopio es la base de tiempos. La función de este circuito es conseguir la tensión aplicada aparezca en la pantalla como función del tiempo. El sistema de coordenadas está formado por el eje vertical y el horizontal, siendo en este último donde se suelen representar los tiempos. El circuito de base de tiempos debe conseguir que el punto luminoso se desplace periódicamente y con una velocidad constante en el eje horizontal sobre la pantalla de izquierda a derecha, volviendo luego rápidamente a la posición original y repitiendo todo el proceso. Para conseguir este proceso el circuito de base de tiempos debe proporcionar a las placas horizontales una tensión hasta un punto máximo, a partir del cual desciende rápidamente en lo que se denomina tiempo de retorno, ya que retorna al punto original (0 de tensión).

El tiempo que se tarda en alcanzar el punto máximo de tensión es exactamente el mismo que se va a tardar en recorrer toda la pantalla de izquierda a derecha en el eje horizontal. El tiempo de retorno es lo que se tarda en volver al punto origen de la pantalla, es decir, a la izquierda de la misma. El tiempo en recorrer la pantalla de izquierda a derecha siempre va a ser mayor que el tiempo de retorno; de hecho, cuanto menor sea el tiempo de retorno mejor será la reproducción de la señal en la pantalla. Según sea la frecuencia de la tensión de diente de sierra, el punto luminoso se desplazara con mayor rapidez ó menor en la pantalla. Por lo tanto, nos interesa que el circuito de base de tiempos proporcione una frecuencia variable, para que el rango de frecuencias que se puedan analizar sea muy grande y abarque desde las frecuencias muy cortas hasta las muy elevadas.

El amplificador horizontal tiene como cometido amplificar las señales que entren por la entrada horizontal (X). Normalmente se emplea para amplificar las señales que son enviadas desde el circuito de base de tiempos. A dichas señales se les proporciona una amplitud suficiente para que se pueda producir el desvio del haz de electrones a lo ancho de toda la pantalla. Algunas veces no es necesario conectar las señales de la base de tiempos ya que estas tienen la amplitud necesaria. Por lo

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tanto, como ya hemos dicho, no solo se va a amplificar la señal de la base de tiempos sino que podemos amplificar cualquier señal y luego componerla con la señal procedente del sistema vertical para obtener la grafica final que va a aparecer en la pantalla.

El “amplificador vertical” es, como su nombre indica, el encargado de amplificar la señal que entre por la entrada vertical (Y). Para que el osciloscopio sea bueno debe de ser capaz de analizar señales cuyos valores estén comprendidos en un rango lo más grande posible. Normalmente, los amplificadores verticales constan de tres partes: Amplificador, atenuador y seguidor catódico.

El amplificador vertical es el encargado de aumentar el valor de la señal. Está formado por un preamplificador que suele ser un transistor y es el encargado de amplificar la tensión. Después, tenemos unos filtros que son los encargados de que el ancho de banda de paso sea lo mayor posible, y pueden aumentar tanto la banda de bajas como de altas frecuencias. Por último, se pasa por el amplificador final que se puede estar formado por uno o dos transistores.

Hay veces que la señal que llega es demasiado grande y necesitamos disminuirla, con este fin se utilizan los atenuadores, que son una parte de los amplificadores, aunque su función no es aumentar la señal sino todo lo contrario, disminuirla. Esta en disminución de la señal es necesaria en algunos casos para que no se produzca distorsión, pudiendo disminuirse en 10, 100, etc., veces el valor de la amplitud inicial.

Después de producirse la disminución de la señal suele ser necesario el uso de un seguidor catódico, cuya función consiste en adaptar las impedancias de entrada del osciloscopio a la salida del emisor del transistor.

El “sistema de sincronismo” es el encargado de que la imagen que vemos en el tubo de rayos catódicos sea estable. Para poder conseguir esto se utiliza una señal de barrido que tiene que ser igual ó múltiplo de la frecuencia de la señal de entrada (vertical). Para sincronizar la señal vertical con base de tiempos (ó señal horizontal) se puede utilizar la denominada sincronización interna. Consiste en inyectar en el circuito base de tiempos la tensión que se obtiene del ánodo o del cátodo del amplificador vertical (dependiendo de cuál sea la más adecuada). Así se

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consigue que el principio de la oscilación de la base de tiempos coincida con el inicio del ciclo de la señal de entrada. Este tipo de sincronización no siempre es el más adecuado. Existen otros tipos de sincronización como la sincronización externa y la sincronización de red.

Por último, todo el osciloscopio necesita una fuente de alimentación que va a ser encargada de proporcionar las tensiones necesarias para alimentar las diferentes etapas que forman los circuitos de un osciloscopio.

Controles de un osciloscopio

Existen diferentes controles para cada una de las partes de un osciloscopio; así, hay “mandos” para centrar la imagen vertical y horizontalmente, para dar brillo, intensidad, etc. Según la parte del osciloscopio que analicemos y el tipo osciloscopio que tengamos vamos a encontrarnos con unos controles u otros. Aunque hay un conjunto bastante amplio de controles que se encuentran en todos los osciloscopios.

Uno de los controles típicos del sistema de visualización es el “control de la intensidad” que proporciona más ó menos brillo a la grafica que vamos a ver en la pantalla ya que, según sean las condiciones externas, podemos necesitar más o menos brillo en la pantalla. Otro control de la visualización es el “control del foco” que controla el lugar donde se va a enfocar el haz de electrones sobre la pantalla del tubo de rayos catódicos. Con este mando también se puede controlar el grosor del trazo de la grafica.

El sistema vertical también tiene varios controles propios. Existe un “control de la amplificación vertical”. Con el podemos polarizar más o menos la base del transistor encargado de amplificar la señal vertical. En la pantalla del osciloscopio esta amplificación se traduce en la altura de la grafica que vamos a ver. Con el “control de la posición vertical” se puede colocar la traza en una zona u otra de la pantalla.

Los controles para el sistema horizontal son bastante parecidos a los del sistema vertical. Hay un “control de la amplificación horizontal” que es el encargado de controlar la ganancia del amplificador horizontal, lo que se traduce en el ancho de la grafica. También existe un mando para

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centrar la imagen horizontalmente. Para el sistema de sincronismo existen varios controles. El “control de sincronismo” y el control de ajuste de barrido se utilizan conjuntamente .El primero asegura inmovilidad de la imagen actuando sobre la base de tiempos y el segundo permite el control de la frecuencia de la base de campos. Otro control necesario es el “control de la frecuencia de barrido”. Es un conmutador que permite fijar los márgenes de frecuencia de la base de tiempos.

Existen otros mandos totalmente necesarios en el osciloscopio. Un mando que tienen prácticamente todos los aparatos electrónicos es el interruptor que enciende o apaga el aparato al conectarlo o desconectarlo de l red. También suele haber un botón que permita conectarse a una red de 125 ó de 220. Hay dos bornes para las entradas horizontal y vertical. Existen muchos más controles específicos de cada modelo de osciloscopio.

Ajuste del osciloscopio

Al trabajar con el osciloscopio es muy importante saber usar los controles que tiene, ya que , aunque la medida que esté realizando sea correcta, si la pantalla no está bien ajustada podemos obtener una representación incorrecta. La posición de dichos controles se debe comprar antes de realizar la medida. Debemos comprobar los controles de posición tanto vertical como horizontalmente, los controles relacionados con el sincronismo, la intensidad, el foco, etc.

Es muy común que en la pantalla no aparezca la medida realizada por una mala colocación de algún mando por lo que, en este tipo de aparatos de medida, es importantísimo revisar continuamente la posición de todos los controles. La forma más correcta de colocar los controles antes de encender el aparato es la siguiente: lo primero es ver que la tensión coincide con la de la red donde vayamos a enchufar al aparato. El mando del brillo hay que ponerlo bastante alto para poder localizar bien el punto luminoso que vamos a obtener, una vez encendido bajaremos el nivel de este mando. El mando de control del foco debemos ponerlo más o menos en la mitad de su recorrido, el sincronismo lo podemos en el modo interno y el selector de barrido y ajuste de frecuencia en un valor pequeño y el mando de ganancia horizontal lo ponemos al mínimo.

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Después encendemos el osciloscopio y, tras esperar un tiempo para que todo se prepare, podemos observar un punto luminoso, ya que el mando horizontal estaba al mínimo. Según vayamos aumentando el mando de ganancia horizontal vamos a ver cómo el punto luminoso se va convirtiendo en una línea horizontal que va aumentando hasta ocupar toda la pantalla, disminuyendo un poco dicha ganancia si la línea sobrepasa los límites de la pantalla. Está línea que se ha obtenido hay que encuadrarla en el centro de la pantalla usando los mandos de posición vertical y horizontal. Otra operación que debemos realizar antes de introducir la señal es enfocar bien el trazo para que sea lo más nítido posible. Con todos estos ajustes no vamos a conseguir una visualización completa ya que siempre tendremos que retocar un poco más cuando aparezca la señal en la pantalla.

Parámetros de un osciloscopio

Para que un osciloscopio funcione bien es muy importante el diseño que se ha realizado de este. Después de elegir un buen diseño es igual de importante comprobar que cumple todas las especificaciones que de el se requieren a la hora de realizar una medida. Para que esto sea posible es necesario hacer una calibración adecuada del aparato, ya que, de lo contrario, podría funcionar mal y no realizar las medidas adecuadas.

Uno de los parámetros que se deben tener en cuenta es el tiempo de respuesta ya que afecta a la exactitud de los tiempos de transición medidos. Para que el osciloscopio sea bueno tiene que ser más rápido que la señal observada.

Otro parámetro importante es el ancho de banda. Al diseñar un osciloscopio es importante procurar que los canales verticales tengan un ancho de banda grande, abarcando desde frecuencias pequeñas hasta las más grandes posibles. Normalmente suele haber una constante que relaciona el ancho de banda y e tiempo de respuesta del osciloscopio, por lo que ambos parámetros están relacionados.

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Aplicaciones del osciloscopio

El osciloscopio es probablemente uno de los instrumentos más importantes en el laboratorio de cualquier aficionado o profesional de la electrónica, pudiendo sustituir con éxito a otros medidores, como pueden ser el frecuencíometro o el voltímetro.

Los mandos básicos

Cuando vemos por primera vez un osciloscopio es probablemente que nos asustemos por la gran cantidad de mandos de manejo que tiene, pero si analizamos estos detenidamente podemos ir comprobando que no es tan complicado manejar un osciloscopio.

Básicamente se pueden dividir en dos grandes grupos, el grupo de botones que afecta al eje horizontal y el que afecta al eje vertical. En un osciloscopio de doble trazo, que es lo más normal, están duplicados todos los botones de manejo del eje vertical, ya que necesitemos controlar independientemente cada canal.

Mandos del eje vertical

Estos botones controlan el amplificador de entrada de la señal que más tarde se aplicara a las placas deflectores del eje vertical. El mando principal es el que representa la magnitud, dada en milivolts ó volts, que tendrá cada cuadricula en sentido vertical. Normalmente alcanza desde los valores de 20 volts por división, hasta 10, 5, ó 2 mV por división, dependiendo de la calidad del aparato. Normalmente, cuanto mejor sea el amplificador utilizado para este fin, mayor sensibilidad y precisión tendrá la indicación.

Sobre este mando, normalmente se encuentra otro botón del tipo potenciómetrico, cuya finalidad es ampliar la señal en pantalla para hacerla más grande y poder observarla más claramente. El inconveniente de esta función es que se pierde la escala de referencia, es decir, si tenemos el mando en 20mV por cada cuadrícula, al accionar el magnificador de imagen, ya no tendremos la misma referencia y no seremos capaces de poder medir una señal con precisión.

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Otro mando, también del tipo potenciómetro, es del que regula la posición, en sentido vertical, que tendrá la señal sobre pantalla. Con él se puede mover arriba y abajo la onda que estemos visualizando para colocarla sobre alguna referencia conocida y así poder medir con mayor precisión. Algunas veces tenemos señales en las que se monta una tensión continua de valor fijo. A la hora de representar esto en el osciloscopio el resultado es que la parte de señal alterna, que es lo que nos interesa, queda demasiado arriba o incluso desaparece de la pantalla. Esta situación se puede evitar con un interruptor que elimina la parte de continua de cualquier señal de entrada. Este conmutador nos permite elegir si queremos que la señal se represente con su parte de corriente continua o que aparezca la parte cambiante de la señal. También sirve para referenciar la entrada del canal corresponde con la masa del aparato, es decir, conecta la entrada a masa.

Estos se utilizan para manejar la base de tiempos que utilizara el osciloscopio para representar las señales. El mando principal de estos es el que selecciona el tiempo que marca cada división. Con este elegimos en realidad la frecuencia que tendrá el barrido del haz sobre la pantalla, y el resultado práctico será que la señal que estamos visualizando aparece en pantalla de una forma más grande o pequeña, en sentido horizontal. Cuando tenemos frecuencias más altas tendremos que seleccionar tiempos más bajos y, cuando las frecuencias son bajas haremos lo contrario.

Las posiciones que puede tener este mando varían de un aparato a otro, sobre todo en los tiempos más lejos. Para un osciloscopio de 20MHz, la base de tiempos puede llegar hasta 0.1 µs por división. Cuando tenemos aparatos con un margen de frecuencia mayor, la división más baja también deberá ser de un tiempo inferior. En el centro de este mando suele ser normal que haya otro tipo potenciómetro que amplía la imagen para poderla ver con más detalle, igual que ocurría con el mando de amplitud vertical. En este caso también se pierde de la referencia de las divisiones cuando se utiliza esta opción.

Dentro de este aparato podemos encontrar otro grupo de mandos que se encargan de regular y controlar el disparo de la señal. Para que lo entendamos más claramente, el disparo es el momento exacto en el que la señal se empieza a representar en la parte izquierda de la pantalla.

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Esta referencia es muy importante para hacer ciertos tipos de medida de la señal relacionados con su frecuencia o con su fase. El disparo de la señal se tiene que producir en cada barrido de haz, es decir, en cada representación de la onda sobre la pantalla. Cuando esto no se produce por algún motivo, el resultado es que tenemos una imagen inestable, con una onda que se mueve continuamente de atrás hacia adelante o al revés. Para evitar este tipo de cosas tenemos cierto control sobre el sistema de disparo del osciloscopio. En los aparatos de doble trazo es posible decidir si el disparo se producirá con la señal procedente del canal 1 ó en la del canal 2. Con otro mando podemos elegir el rango aproximado de frecuencias con las que trabajaremos, para que de alguna forma el sincronismo de disparo se produzca más fácilmente. Igualmente, se puede seleccionar con sendos mandos, el nivel de amplitud de la señal en el momento de disparo, o si queremos que este se produzca en el semiciclo positivo o negativo de la onda.

También se puede hacer que la señal quede sincronizada con otra distinta de la que estamos representando. Para ello empleamos la opción de disparo exterior y, por otra entrada especial, aplicaremos la señal que nos servirá como referencia de disparo.

Otros mandos del osciloscopio

Aunque las principales funciones ya están descritas, existen otros mandos que aunque sean secundarios también son interesantes de aprender. Relacionados en gran medida con los amplificadores del eje vertical están una serie de pulsadores que modifican el aspecto visual de la señal de entrada. Por ejemplo, se puede invertir la onda y visualizarla al revés, o también se pueden sumar los dos canales, de modo qu3e obtengamos otra forma de onda y resultado de la suma algebraica de las dos. Existen otros mandos capaces de eliminar el barrido horizontal, de modo que en la pantalla sólo se aparece un punto en el centro. Esto se utiliza para aplicar directamente una señal en el eje vertical y otra directamente al eje horizontal, para medida de desfases entre dos señales, o para medir una frecuencia a partir de otro patrón.

En algunos aparatos de cierta calidad podemos encontrar líneas de retardo. Se utilizan para retrasar el tiempo que transcurre entre el disparo de la señal y la representación en pantalla. Esto es muy práctico cuando se intenta ver impulsos muy distanciados uno de otro, que en condiciones normales quedarían representados fuera de pantalla.

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EXPERIMENTO 1

1.-Un dispositivo semiconductor no puede soportar una sobrecarga de corriente, cuando esto sucede, el diodo quedara dañado permanentemente. Generalmente se sigue el procedimiento para determinar si un diodo esta en buen estado y constituye también una demostración practica de la polarización inversa y directa usando la fuente de potencial que se tiene en un ohmímetro.

Coloque el ohmímetro en la escala de R x 100. La terminal común del voltímetro debe tener polaridad negativa. Conecte el ohmímetro al diodo en la condición de polarización directa, como se indica en la figura 1a y mida su resistencia en sentido directo.

RDIRECTA= _____________________________ Ohm

Conecte el ohmímetro al diodo en la condición de polarización inversa, como se indica en la figura 1b, y mida su resistencia inversa.

RINVERSA = _______________________________Ohm.

Un buen conductor indicara relativamente poca resistencia en la condición de polarización directa e infinita o muy alta en la polarización inversa.

Explique por que __________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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EXPERIMENTO 2

2.- Construya el circuito de la figura 2. Asegúrese de que observa la polaridad adecuada en el miliamperímetro y en el diodo. La terminal común del voltímetro debe ir conectado a la terminal negativa de la fuente de energía.

EXPERIMENTO 3

3.- Partiendo de cero, aumente la tensión de la fuente (Es) hasta que el miliamperímetro indique 1 mA; anote la tensión de la fuente (Es) en la tabla 1 bajo Ifuente= 1mA y haga lo mismo para cada uno de los valores de If que aparecen en la tabla anotando los voltajes (Es) obtenidos.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10IF mAEs Volt

s

100

Tabla N°1

EXPERIMENTO 4

4.-Haga una grafica de los datos obtenidos en el punto 3 en la figura 3. Trace una curva continua que toque todos los puntos marcados y desígnela.

EXPERIMENTO 5

5.-Vuelava la tensión de la fuente a cero e invierta las conexiones del diodo de silicio. Aumente la tensión de la fuente a 20 volts. ¿Cuál es la magnitud de la corriente cuando se polariza inversamente el diodo?

IR=________________mA

Explíquese __________________________________________________________________________________________________________________________________________________

101

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________

EXPERIMENTO 6

6.-Construya el circuito de la figura 4, asegurándose de tener la polaridad adecuada en el voltímetro, miliamperímetro y el diodo. Ahora mediremos la corriente de ánodo en sentido directo en función de la tensión de la fuente, con una carga de 270Ω o 330Ω.

EXPERIMENTO 7

7.-Repita la misma operación que se efectúo en el punto 3 y note los resultados en la tabla 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IF mA

Es Volts

Tabla N°2

EXPERIMENTO 8

8.- Sustituya la resistencia de 270Ω (R1) por la de 1 K (R2). Repita el punto 7 y registre los resultados obtenidos en la tabla 3.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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IF mAEs Volt

sTabla N°3

EXPERIMENTO 9

Construya el circuito de la figura 5 y 5a. Aplique 15.45 V de tensión alterna al circuito. Conecte el osciloscopio calibrado a los puntos A y B, así como también en los puntos B y C, trazando a continuación las formas de las ondas obtenidas y sus voltajes.

EXPERIMENTO 10

10.-Representar el valor máximo del voltaje o la corriente observada, considerando una onda senoidal; se observara en la pantalla del osciloscopio y se evaluara, después de efectuar un ajuste en el aparato (amplitud).

CUESTIONARIO

1.-Mencione tres ventajas de los dispositivos semiconductores sobre los tubos al vacio.____________________________________________________________________________________________________________________________________________

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___________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.- ¿Cuáles son las dos características que determinan la máxima condición de un diodo semiconductor?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.- ¿Qué quiere decir polaridad directa y polaridad inversa? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.- ¿Puede un semiconductor soportar una sobrecarga de corriente? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

OBSERVACIONES

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA

Tratado de electricidad II Corriente alterna

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Chester L. Dawes. Editorial Gustavo Wili3° edición

Instrumentación electrónica moderna y técnicas de medición William D. Cooper, Albert D.HafrickHispanoamericana

Webshttp://personal.redestb.es/antonio/ind_osc.htm

Experimentos con transistores y semiconductoresHoward H. Gerrish. Limusa Wiley


ESIQIE

DIQI


PRACTICA N°8

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http://personal.redestb.es/antonio/ind_osc.htm

MANEJO, FUNCIONAMIENTO Y UTILIZACIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS TIPO NÚCLEO

PRACTICA N°8

MANEJO, FUNCIONAMIENTO Y UTILIZACIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS TIPO NÚCLEO

OBJETIVOS GENERALES

Al término de la práctica el alumno podrá diferenciar entre el voltaje primario, el voltaje secundario o adicionales en un transformador monofásico tipo núcleo.

Conocer los elementos más importantes que componen a un transformador. Observar como afectan los cambios de corriente y voltajes, tanto de la bobina primeria como de la secundaria de los dos transformadores.

Manejar diferentes transformadores monofásicos de corriente alterna, observando las diferentes inducciones en los aparatos de medición para obtener valores experimentales y compararlos con los valores teóricos, así como también, encontrar la diferencia entre un transformador monofásico en vacio como con carga.

Conocer el funcionamiento de un transformador y su conexión en sistemas eléctricos.

Determinar la relación de transformación de un transformador.

MATERIAL EMPLEADOa) Fuente de corriente alterna regulada de 0-127 volts.b) Clavija sencillac) Apagador sencillod) Amperímetro de 0-10 A de C.A.e) Voltímetro de C.A.f) Núcleo de transformador monofásico.g) Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Watth) Bobinas con diferentes arrollamientosi) Diez caimanes

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j) Multímetro digitalk) Capacitor de 6μF a 350 Volts de C.A.l) 2 transformadores monofásicos de 127 volts de entrada a 32 volts

de salida con taps centralm)Cable para conexionesn) Wattmetro monofásicoo) Tablero general.


Un transformador consta esencialmente de dos o mas arrollamientos entrelazados por un campo magnético común. Si uno de estos arrollamientos, el primario, se conecta a una fuente de C.A. se produce un flujo alterno cuya amplitud depende del voltaje primerio y del numero de espiras.

El flujo mutuo enlaza el otro arrollamiento, el secundario, en el cual se induce un voltaje cuyo valor depende del número de espiras del secundario y que se caracteriza por una ecuación donde N es el número de espiras y Φm es el flujo mutuo.

Y dado que el flujo es el mismo en cada vuelta, tanto para el primario como en el secundario se tiene que:

Cuando en numero de espiras del primario y del secundario tiene una proporción adecuada, puede obtenerse prácticamente cualquier relación de voltajes, o relación de transformación; los niveles de los voltajes alternos pueden cambiarse fácilmente por medio de los transformadores; como se vera también existen cambios en las corrientes y en la impedancia. No existe, naturalmente ninguna razón por la cual no pueda introducirse un tercer arrollamiento (terciario) o arrollamientos adicionales para interconectar una variedad de niveles de voltaje.

La acción transformadora requiere solamente la existencia de un flujo alterno que conecte ambos arrollamientos. Tal funcionamiento se obtiene si se usa un núcleo de aire, lo que da lugar al “transformador de núcleo de aire”. Sin embargo, se obtiene una mayor efectividad si se usa

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un núcleo de hierro u otro material ferromagnético, la mayor parte del flujo queda, por lo tanto, confinada a un sendero definido que conecta los dos arrollamientos y tiene la permeabilidad mayor a la del aire. Tal transformador es un transformador de núcleo de hierro, que en general son los más utilizados, la principal excepción es el transformador de núcleo de aire para uso de frecuencias superiores a las del rango auditivo.

Para reducir las pérdidas que producen las corrientes parasitas en el núcleo, los circuitos magnéticos constan usualmente de pilas de laminas delgadas. Generalmente se usan laminas de acero al silicio de 0.0014 pulgadas de espesor en los transformadores que operan a frecuencias inferiores a pocos centenares de Hertz.

El acero al silicio tiene ventajas tales como bajo costo, bajas perdidas de núcleo y permeabilidad alta a densidades altas de flujo (65 a 90 kilolíneas/pulg2), los núcleos de los transformadores pequeños que se emplean en circuitos de comunicación que trabajan a frecuencias altas y niveles bajos de potencia pueden fabricarse con aleaciones ferromagnéticas pulverizadas y comprimidas como una de las ferritas.

El transformador constituye una de las razones principales del uso generalizado de los sistemas de potencia de corriente alterna, ya que permite la generación eléctrica de voltaje a partir de uno mas económico, la transferencia de potencia al voltaje de transmisión mas económico y la utilización de la potencia para voltajes mas adecuados en dispositivos especiales. Cuando se hace referencia a los arrollamientos de los transformadores de potencia, se usan los términos de arrollamientos de alta tensión y arrollamientos de baja tensión; cualquiera de los dos naturalmente puede actuar como primario o secundario.

Los transformadores también se usan ampliamente en los circuitos eléctricos y de control de baja potencia, en esos circuitos se realizan funciones como el acoplamiento entre las impedancias de una fuente y su carga para obtener una transferencia de potencia máxima.

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EXPERIMENTO 1

1.-Arme el transformador de acurdo a la figura 2 e intercambie diferentes tipos de devanados o bobinas, y obtenga experimentalmente los valores en los aparatos de medición.

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Datos teóricos Datos experimentales Cálculos

Vfuente regulable= 65 V Vp =

VLINEA =127 V IP =

IS=? VS = IS =

EXPERIMENTO 2

2.-Armar el transformador de acuerdo a la figura 3 y encontrar los valores experimentales en los aparatos de medición indicados.

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Datos teóricos Datos experimentales Cálculos

Vfuente regulable= 60 V Vp =

VLINEA =127 V Vs =

Ip=? IS = IP

=

Variables

Experimento 1

Experimento 2

VP

IPVS

ISa

Tabla N°1

EXPERIMENTO 3

3.- De acuerdo a la figura 4 arme el transformador y mida el voltaje aplicado en el primario, el voltaje entre terminales extremas y entre una de las terminales extremas y el taps central del secundario, anotando los valores en la tabla 2.

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Variables

Valor experimental

VP

VS1

VS2

a1

a2

Tabla N°2

EXPERIMENTO 4

4.- Arme el transformador de acuerdo a la figura 5 y mida el voltaje del secundario entre terminales extremas del transformador tanto en vacio como con carga capacitiva y resistiva, anotando cada uno de los casos en la tabla N°3.

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Variables

Valores experimentales

V0

VC1

VR1

%Reg1

%Reg2

Tabla N°3

CUESTIONARIO

1.-Encontrar todas las tensiones eléctricas medidas con diferentes devanados y explique en cada caso que tipo de transformadores tenia.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.- Explique como ocurre la transferencia de energía de un circuito a otro (del devanado primerio al secundario).____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.-Explique brevemente que tipo de perdidas se determinan con la prueba de vacio y diga por que pueden ser determinadas mediante dicha prueba.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.-¿Qué tipo de perdidas están siendo determinadas con la prueba de corto circuito y por que pueden ser cuantificadas así?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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OBSERVACIONES____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

CONCLUSIONES____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

BIBLIOGRAFIA

Fitzgerald SC. D.Fundamentos de ingeniería eléctrica4° edición, McGraw Hill

Chester L. DawesTratado de electricidad tomo I y II

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Manual_Laboratorio_IE_2010_Rev2

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