65322832-Lab-NÂ°01-Circuitos-Electricos-I

7/29/2019 65322832-Lab-N01-Circuitos-Electricos-I

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Laboratorio de

CircuitosElctricos I

Laboratorio N01- MEDICIONES YRECONOCIMIENTO DE

INSTRUMENTOS

Integrantes

Deza Guilln, Wuilian Edwin 20094075D

Flix Ruiz, Rubn Said 20090199K

Huerta Fajardo, Joseph 20070214D

Mendoza Olivares, Jeanpierre 20092047C

Ricaldi Malpartida, Ral 20094027J


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFacultad de Ingeniera Mecnica FIMrea Acadmica de Electricidad y ElectrnicaLaboratorio de Anlisis de Circuitos Elctricos I

LABORATORIO N 1: LAS LEYES DE KIRCHOFF Pgina 1

CONTENIDO

INTRODUCCIN .......................................................................................................................... 2

OBJETIVOS .................................................................................................................................. 3

FUNDAMENTO TERICO............................................................................................................. 4

VOLTMETRO........................................................................................................................... 4

AMPERMETRO ....................................................................................................................... 5

MULTMETRO ......................................................................................................................... 6

MIDIENDO RESISTENCIAS ....................................................................................................... 6MIDIENDO DIODOS ................................................................................................................. 7

VATMETRO............................................................................................................................. 7

PROTOBOARD ......................................................................................................................... 8

RESISTENCIAS .......................................................................................................................... 8

CONDENSADORES ................................................................................................................... 9

INDUCTANCIAS ..................................................................................................................... 10

GENERADOR DE FUNCIN DE ONDA .................................................................................... 10

CUESTIONARIO ......................................................................................................................... 12

ANLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................ 16

CIRCUITO N1: ....................................................................................................................... 16

DATOS OBTENIDOS ........................................................................................................... 16

IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N1: ............................................................................ 18

CIRCUITO N2 ........................................................................................................................ 19

DATOS OBTENIDOS ........................................................................................................... 19

IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N2: ............................................................................ 21

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 22

RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 22

BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................... 23


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INTRODUCCIN

La electricidad, qu seriamos sin ella?, mueve nuestros artefactos, computadoras,

enciende nuestros autos y nos da ms tiempo de accin durante las noches

iluminndonos y haciendo funcionar muchas cosas tiles para nosotros. Desde

tiempos inmemorables ha causado la fascinacin del hombre, llevndole siempre a

elaborarse un sinfn de preguntas sobre su origen; sin embargo a pesar de convivir

con ella desde las pocas ms remotas (en forma de rayos) hasta hoy, aun nos

guarda muchos misterios y sorpresas.

A ciencia cierta, lo que si conocemos acerca de ella son las leyes que la rigen,

obtenidas en un largo proceso de desarrollo cientfico; una de las ms famosas, lasleyes de Kirchhoff, que luego de enunciadas, sirvieron para una revolucin en lo

concerniente al anlisis de circuitos elctricos, a pesar de ser consecuencias de las

leyes de conservacin de la materia y la energa.

En esta experiencia buscamos averiguar qu tan ciertas son estas leyes que

obviamente, satisfacen los enunciados tericos pero que por causa de factores

ajenos a nosotros, generan pequeos errores que tal vez pensemos, desvirten

nuestros resultados o en su defecto, las leyes de Kirchhoff, sin embargo, se explicara

todo adecuadamente para no caer en la falacia de desvirtuar algo ya demostrado no

solo tericamente, sino tambin experimentalmente por nuestros predecesores.

Para esta experiencia nuestro grupo recibi los materiales de laboratorio, trayendo

tambin nuestros propios componentes para reducir el error causado por el deterioro

inherente al tiempo de uso de lo proporcionado en el almacn; esto nos sirve tambin

para inmiscuirnos ms en los temas de la electricidad que puede que nos acompae

hasta el final de nuestros das.

Sin ms prembulos, presentamos a continuacin nuestro trabajo.


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OBJETIVOS

Familiarizarnos con el uso de los instrumentos en la medicin de corriente

continua.

Adquirir pericia en la construccin e implementacin de circuitos elctricos

tanto en mdulos como en protoboard.

Comprobar experimentalmente las leyes de Kirchhoff relacionando el voltaje de

la fuente con las cadas de potencial de las resistencias.

Verificar experimentalmente la ley de Ohm en las resistencias relacionando los

voltajes y corrientes determinados con los respectivos instrumentos de

medicin.

Comparar los resultados de las corrientes obtenidas experimentalmente con las

obtenidas mediante la resolucin matemtica.


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FUNDAMENTO TERICO

La importancia de conocer el fundamento y la utilizacin de los equipos, instrumentos

y componentes ms comunes en los circuitos elctricos radica justamente en esto

ltimo: en que los usaremos siempre.

Por lo tanto, adems de conocer los procedimientos para su correcta utilizacin es

importante saber cmo es que tal dispositivo logra funcionar para poder realizar

correcciones y observaciones vlidas.

VOLTMETRO

Fig. 1 Voltmetro convencional.

Este instrumento de medicin nos permite conocer la diferencia de potencial

establecida en los bornes ya sea en una resistencia, capacitor, inductancia o incluso

en terminales libres. Este dispositivo se considera ideal, es decir, con una resistencia

interna demasiado grande por tanto se conecta en paralelo al circuito ya que de esta

forma la corriente que circula a travs de este es nula.

Fig. 2 Esquema de medicin de voltaje.


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AMPERMETRO

Fig. 3 Ampermetro y pinza amperimtrica.

Como su nombre lo indica, este dispositivo sirve para medir la intensidad de corriente

que circula a travs del circuito. Considerndolo como un ampermetro ideal,

presenta una resistencia interna nula por lo que no representa carga alguna y se

conecta en serie.

Existen otros dispositivos como la pinza a amperimtrica que nos permiten conocer

el valor de la intensidad de corriente tan solo envolviendo al conductor con las

pinzas.

Fig. 4 Esquema de medicin de corriente.


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MULTMETRO

Fig. 5 Multmetro convencional.

Los dos aparatos analgicos anteriores pueden ser reemplazados por uno digital

llamado Multmetro. Este dispositivo puede funcionar tanto como voltmetro o como

ampermetro.

Asimismo, nos ofrece la posibilidad de medir resistencias, diodos, transistores. Su

principal ventaja es la de ofrecer valores ms exactos.

Su conexionado depender del modo bajo el que est trabajando. Si funciona como

voltmetro o ampermetro se conectar como indican los diagramas presentados en

los puntos anteriores.

MIDIENDO RESISTENCIAS

En este caso el multmetro trabaja bajo el modo de ohmmetro. Para realizar estas

mediciones debemos retirar la resistencia de toda fuente de excitacin.

Fig. 6 Esquema de medicin de resistencias.


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MIDIENDO DIODOS

Cuando el multmetro trabaja como medidor de diodos lo que en realidad mide es la

barrera energtica que ofrece el diodo para empezar a conducir.

Fig. 7 Esquema de medicin de diodos.

VATMETRO

Fig. 8 Vatmetro convencional.

Es un aparato usado para conocer la potencia consumida por las cargas instaladas

en un circuito. Existen actualmente dispositivos analizadores de potencia que son

muy tiles al momento de realizar estas mediciones.

Estos aparatos en la actualidad son similares a los usados en las estaciones y

subestaciones elctricas en cuanto a funcionalidad. Es decir, nos presentan el factor

de potencia, la potencia activa, reactiva y aparente que consume el circuito al cual le

estamos realizando las mediciones.


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PROTOBOARD

Fig. 9 Protoboard.

Un protoboard o placa de pruebas o prototipos es un espacio de desarrollo usado

muy frecuentemente en el mbito electrnico. En l podemos implementar circuitos

rpidamente e ir corrigindolo y depurndolo hasta obtener los resultados deseados.

A falta de algn kit o mdulo de desarrollo esta herramienta resulta muy til.

Es recomendable utilizarlo para trabajar con voltajes de baja magnitud pero es igual

til cuando se requiere trabajar con baja tensin en corriente alterna. Sin embargo, el

ruido que se produce puede interferir en las mediciones y en el comportamiento de

los componentes utilizados.

RESISTENCIAS

Fig. 10 Resistencias.

Las ms populares son las resistencias de carbono pues su costo de fabricacin es

muy bajo y tiene muy buenas caractersticas. A estas resistencias se les reconoce

por su cdigo de color ya que presentan franjas de distintos colores impresos en su

encapsulado.

Este cdigo de color solo es aplicable a las resistencias de 1/4W y 1W ya que a partir

de 2W a ms su encapsulado cambia a una forma rectangular de color blanco dondese indica su potencia y su valor nominal de forma impresa.


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Fig. 11 Cdigo de colores de las resistencias.

CONDENSADORES

Fig. 12 Condensadores.

Los condensadores son elementos almacenadores de energa considerados tambin

lineales. Existen varios tipos como los cermicos o los electrolticos por ejemplo.

Cuando se requiere almacenar poca energa es usual utilizar capacitores cermicos.

Por otro lado, los electrlitos son usados para voltajes ms altos pues sus

caractersticas lo permiten.

Generalmente su valor est impreso en su empaquetadura.


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INDUCTANCIAS

Fig. 13 Inductancia.

Son elementos pasivos almacenadores de energa, pero estos lo almacenan en

forma de campo magntico a diferencia de las capacitancias que lo hacen en forma

de campo elctrico. Las inductancias tambin presentan un cdigo de color que es

bsicamente igual al de las resistencias.

GENERADOR DE FUNCIN DE ONDA

Fig. 14 Generador de Funcin de Onda.

Un generador de funcin de onda es un aparato muy til para testear o realizar

pruebas tanto en el aspecto elctrico y electrnico.

Este aparato bsicamente nos permite generar tres tipos de ondas: Las ondascuadradas, las triangulares o dientes de sierra y las sinusoidales.


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Fig. 15 Tipos de Onda Generada.

Podemos modificar en cada una de ellas la frecuencia y la amplitud mxima.


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CUESTIONARIO

1. Porque razn el Ampermetro se conecta en serie y el Voltmetro en paralelo. En

cuanto al Vatmetro como es su conexin en un circuito.

La razn por la cual el Ampermetro se conecta en serie es porque este mide la

intensidad de corriente que fluye por el Circuito Elctrico y debe de formar parte

de este circuito para poder registrar una cantidad, el Ampermetro presenta muy

poca resistencia al paso de la corriente por esta razn nos da un valor muy

cercano a la corriente que circula sin que est presente el Ampermetro.

El Voltmetro se conecta en paralelo ya que este se encarga de medir ladiferencia de potencial entre dos puntos de un circuito elctrico, y no nos servira

de nada colocarlo en serie ya que conectara dos puntos que presentan el

mismo potencial tericamente, el voltmetro presenta una gran resistencia es por

eso que la corriente que se desva hacia este es muy pequea y no afecta al

Circuito Elctrico.

El vatmetro es un instrumento electrodinmico para medir la potencia elctrica o

la tasa de suministro de energa elctrica de un circuito elctrico dado. El

dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas bobinas de corriente, y

una bobina mvil llamada bobina de potencial. Las bobinas fijas se conectan en

serie con el circuito, mientras la mvil se conecta en paralelo.

2. Cuando utilizamos el Multmetro, mencione las consideraciones de seguridad

que se debe tener para medir:

a) Resistencia b) Tensiones c) Corrientes

Para medir resistencias se debe tener bien hecha la conexin con el resistor ya

que solo esto nos dar la seguridad que la cantidad que registra es la correcta.

Para medir Tenciones hay que tener presente que el circuito debe estar bien

hecho para poder medir cantidad que estn al alcance del multmetro que

estamos utilizando ya que de lo contrario podramos malograr el multmetro.

Para medir Corrientes solo debemos tener en cuenta que la escala que

utilizamos en el multmetro sea la correcta parta la cantidad de corriente que

circula por el circuito Elctrico ya que si no tenemos en cuenta esto podramos

hacer un corto circuito y malograr el multmetro.

3. Cunto vale la resistencia elctrica de un rollo conductor de cobre y

aluminio de de longitud y a

b)
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bobinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_seriehttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_paralelohttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_paralelohttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_seriehttp://es.wikipedia.org/wiki/Bobinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodin%C3%A1mica


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Tenemos que:

Sea:

rea \ Material Cobre Aluminio

21.5 mm 0.08 0.123

4.0 mm 0.43 0.663

Concluimos por la ecuacin que a mayor longitud, mayor ser el valor de

la resistencia, a pesar de los bajos valores de resistividad de estos

materiales.

4. En el siguiente circuito:

a) Utilizando las lecturas del ampermetro y voltmetro hallar la resistencia

equivalente entre los bornes a y b aplicando la ley de ohm.

Como todas son resistencias comerciales, conseguimos dichos valores

de resistencias y las probamos con una batera Energizer max de 9v

cc alcalina.

Los valores siguientes fueron obtenidos con un multmetro Gold Power

DT830B. Las resistencias fueron de carbn y las probamos en un

protoboard E.I.C aprobado por la ISO 9001-2000 proporcionada por


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uno de nosotros, la misma con la que realizamos la experiencia en el

laboratorio de electricidad.

Aplicando la ley de Ohm:

b) Medir con el Ohmmetro la Resistencia equivalente entre los bornes a

y b.

Utilizamos nuestro multmetro en la medicin. El valor obtenido fue:

(Aproximadamente)

c) Calcular tericamente la Resistencia equivalente.

Este clculo lo realizaremos por dos mtodos diferentes, por el mtodo

de las corrientes de malla y las transformaciones delta estrella,

cotejando finalmente ambos resultados.

Por ecuaciones de corrientes de malla:

Para un E cualquiera:

Calculando las corrientes:


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Como queremos R equivalente entre a y b:

Y por transformacin delta estrella tenemos:

Que es casi el mismo valor obtenido por el mtodo de las corrientes de

malla.

d) Calcular los errores relativos porcentuales con respecto al valor terico

de la resistencia equivalente entre los bornes a y b.


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ANLISIS DE RESULTADOS

CIRCUITO N1:

Fig. 16 Esquema del Circuito N1.

DATOS OBTENIDOSTabla 1 Tabla de Datos Experimentales.

Elemento

Valor

nominal ()

Valor real

()

Tensin

Elctrica (V)

Corriente

Elctrica (mA)

Potencia

Elctrica (mW)

R1 200 200 10 50 0.5

R2 240 239 10 40 0.4

R3 1000 1000 10 10 0.1

Fuente: E = 10 V (Corriente Elctrica: 100 mA)

1.- Primero calculamos el error relativo porcentual cometido al calcular los valores

reales de cada resistencia mediante el multmetro respecto del valor nominal (cdigode colores de resistencias).

Tabla 2 Tabla de clculo de errores relativos en el Circuito 1.

Elemento Valor nominal () Valor real() % Error

R1 200 200 0%

R2 240 239 0.417%

R3 1000 1000 0%

| |


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2.- A continuacin compararemos los valores de voltaje y corriente obtenidos en laexperiencia con los calculados usando el software Pspice, uno de los tantos software

para simulacin de circuitos elctricos y electrnicos que existen.

Este software nos brinda las corrientes que circulan en las ramas indicndonos sudireccin, adems calcula el potencial de cada nodo respecto al potencial dereferencia establecido en el grfico mediante el elemento (GND_EARTH) cuyosmbolo es similar al de tierra.

Por esta razn si deseamos conocer la diferencia de potencial en un elemento dadoen este caso resistencias debemos restar los potenciales entre sus terminales, loscuales si son calculados por el PSPICE.

Fig. 17 Esquema del Circuito 1 en Pspice.

Comparando las corrientes elctricas:

Tabla 3 Tabla de corrientes elctricas del Circuito 1.

Corriente

Elctrica (mA)

Obtenido del

Experimento

Calculado

PSPICE

%Error

relativo

I_R1 50 50 0%

I_R2 40 41.67 1.67%

I_R3 10 10 0%

I_E 100 101.67 1.67%


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IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N1:

Fig. 18 Esquema del Circuito 1.

En la imagen inferior se muestra el modelo 3D del circuito N1 (grafico superior),

dicho modelo est elaborado en un protoboard, y se pueden distinguir claramente los

siguientes componentes:

1) Una fuente de Tensin

2) Protoboard

3) Resistencias cermicas con los valores deseados.

4) Cables de conexin

Adems cabe resaltar que los elementos resistivos se encuentran en paralelo con la

fuente.

Fig. 19 Implementacin del Circuito 1 en un protoboard.


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CIRCUITO N2

Fig. 20 Esquema del Circuito N2.

DATOS OBTENIDOSTabla 4 Tabla de Datos Experimentales del Circuito 2.

Elemento

Valor

nominal ()

Valor real

()

Tensin

Elctrica (V)

Corriente

Elctrica (mA)

Potencia

Elctrica (mW)

R1 200 200 5.14 25.70 132.10

R2 240 239 4.84 20.25 98.01

R3 1000 1002 3.96 3.95 15.64

R4 220 222 0.86 3.95 3.33

Rv 2950 4.85 1.64 7.95

Fuente: E = 10 V

1.- Primero calculamos el error relativo porcentual cometido al calcular los valores

reales de cada resistencia mediante el multmetro respecto del valor nominal (cdigode colores de resistencias).

Tabla 5 Tabla de clculo de errores relativos en el Circuito 2.

Elemento Valor nominal () Valor real() % Error

R1 200 200 0%

R2 240 239 0.417%

R3 1000 1002 0%

R4 220 222 0.910%

| |


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2.- A continuacin compararemos los valores de voltaje y corriente obtenidos en laexperiencia con los calculados usando el software Pspice, el trabajo ser de forma

anloga al realizado para el circuito N1.

Fig. 21 Esquema del Circuito 2 en Pspice.

Comparando Tensiones Elctricas:

Tabla 6 Tabla de tensiones elctricas del Circuito 2.

Tensin

Elctrica (V)

Obtenido del

Experimento

Calculado

PSPICE

%Error

relativo

V_R1 5.14 5.157 0.33%

V_R2 4.84 4.843 0.062%

V_R3 3.96 3.95 0.25%

V_R4 0.86 0.873 1.48%

V_Rv 4.85 4.843 0.14%

Comparando Corrientes Elctricas:

Tabla 7 Tabla de corrientes elctricas del Circuito 2.

Corriente

Elctrica (mA)

Obtenido del

Experimento

Calculado

PSPICE

%Error

relativo

I_R1 25.70 25.79 0.35%

I_R2 20.25 20.18 1.13%

I_R3 3.95 3.969 0.47%

I_R4 3.95 3.969 0.47%

I_Rv 1.64 1.642 0.12%


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IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N2:

Fig. 22 Esquema del Circuito 2.

En la imagen inferior se muestra el modelo 3D del circuito N2 (grafico superior),

dicho modelo est elaborado en un protoboard, y se pueden distinguir claramente los

siguientes componentes:

1) Una fuente de Tensin

2) Protoboard

3) Resistencias cermicas con los valores deseados.

4) Resistor (Rv)

5) Cables de conexin

Fig. 23 Implementacin del Circuito 2 en un protoboard.


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CONCLUSIONES

Se logr verificar satisfactoriamente la primera y segunda ley de Kirchhoff.

Al momento de realizar las mediciones de corriente en el laboratorio obtuvimos

pequeas desviaciones en la corriente, por ello optamos a realizar la experiencia

con nuestros propios materiales e instrumentos, disminuyendo el error. El error

con los mdulos se produjo por el desgaste y la mala conexin en algunas de

sus resistencias. Cabe resaltar que el multmetro proporcionado si arrojaba

valores deseados al probarlo en nuestro protoboard.

En el experimento realizado observamos que el valor que marcaban lasresistencias por su cdigo de colores no siempre eran las reales, esto se debe a

que por motivo de desgaste las resistencias cambian su valor.

Observamos que exista perdida de energa debido a que el circuito era uno real

y los cables de conexin del Circuito Elctrico tenan resistencia.

RECOMENDACIONES

Para una satisfactoria toma de datos en el laboratorio, cada grupo debe llevar

sus propios componentes (si los precios son accesibles claro) e instrumentos,

para as reducir los errores originados por el desgaste y deterioro de los

proporcionados por el almacenero.

Tratar de evitar en lo ms posible el utilizar cables de conexin que presentenuna gran resistencia ya que esto hace que se presente un gran error al momento

de medir las corrientes y los voltajes.

Usar el protoboard ya que los cables que se utilizan son de resistencia muy

pequea y esto ayuda al experimento.


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BIBLIOGRAFA

Ronald Scott. Linear Circuits. John Wiley and some.

MoralesLpez. Circuitos elctricos I. Editorial Libuni.

Joseph A. Edminister. Electric Circuits. McGraw Hill.

Wikipedia. Circuitos Elctricos.

http://es.wikipedia.org/wiki/CircuitosElctricos

Wikipedia. Instrumentos de medicin.http://es.wikipedia.org/wiki/InstrumentosdeMedicin
http://es.wikipedia.org/wiki/CircuitosEl%C3%A9ctricoshttp://es.wikipedia.org/wiki/InstrumentosdeMedici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/InstrumentosdeMedici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/CircuitosEl%C3%A9ctricos

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