UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y SISTEMAS
Curso:
Fsica II
(CB_312V)
Tema:
Corriente Alterna
Profesor:
Salcedo Torres Joaqun
Integrantes:2005 II
Prologo
El presente trabajo esta orientado a cultivar el desarrollo de
las ciencias en los estudiantes, interrelacionando la vida real con
la experiencia en el sobre corriente alterna estudiando el
comportamiento de un fluorescente.
Una breve teora para entender mejor el desarrollo del mismo
concepto de corriente alterna, funciones peridicas, partes de una
onda senoidal, valor medio y eficaz de la corriente,
representaciones vectoriales, diagramas de potencias, diagramas de
tensiones, conclusiones y clculos desarrollados en el presente
laboratorio y las diversas interrogantes que se puedan plantear
estn desarrolladas en le presente documento.
1. Objetivos:
Familiarizarse con los conceptos de corriente alterna. Hallar la
inductancia y resistencia del reactor. Hallar la potencia
disipada.
Comprender el funcionamiento de la lmpara fluorescente.2.
Fundamento terico:CORRIENTE ALTERNA
Hasta ahora se ha considerado que la corriente elctrica se
desplaza desde el polo positivo del generador al negativo (la
corriente electrnica o real lo hace al revs: los electrones se ven
repelidos por el negativo y atrados por el positivo).
En una grfica en la que en el eje horizontal se expresa el
tiempo y en el vertical la tensin en cada instante, la
representacin de este tipo de corriente, que llamaremos CORRIENTE
CONTINUA, es el de la figura 1, si el valor de la tensin es
constante durante todo el tiempo y
Fig.1: Corriente continua
La de la figura 2 si dicho valor vara a lo largo del tiempo
(pero nunca se hace negativa)
Fig.2: Corriente continua variable
Ahora bien, existen generadores en los que la polaridad est
constantemente cambiando de signo, por lo que el sentido de la
corriente es uno durante un intervalo de tiempo, y de sentido
contrario en el intervalo siguiente.Obsrvese que siempre existe
paso de corriente; lo que varia constantemente es el signo (el
sentido) de sta.
Fig.3: Corriente alterna
Naturalmente, para cambiar de un sentido a otro, es preciso que
pase por cero, por lo que el valor de la tensin no ser el mismo en
todos los instantes. A estetipo de corriente se le llama CORRIENTE
ALTERNA, y, por el mismo motivo, se habla de TENSION ALTERNA. La
figura 3 muestra un ejemplo de corriente alterna.
La corriente contnua se abrevia con las letras C.C.(Corriente
Continua) o D.C. (Direct Current), y la alterna, por C.A.
(Corriente Alterna) o A.C.(Alternated Current)
FUNCIONES PERIDICAS
El caso ms importante de corrientes alternas son las llamadas
corrientes alternas peridicas: son aquellas en las que los valores
se repiten cada cierto tiempo. El tiempo que tarda en repetirse un
valor se llama PERIODO de la corriente, se expresa en unidades de
tiempo y se representa por la letra T
En las figuras se muestran varios tipos de corrientes alternas
peridicas. Si en el eje horizontal se ha representado el tiempo, el
periodo es el intervalo que hay entre dos puntos consecutivos del
mismo valor
Al mximo valor, se le llama precisamente, VALOR MAXIMO, o VALOR
DE PICO o VALOR DE CRESTA, o AMPLITUD.
Fig.1: Corriente rectangular
El punto en que toma el valor mximo se llama CRESTA o PICO. El
punto en que toma el valor mnimo es el VIENTRE o VALLE,
Fig.2: Corriente triangular
Los puntos en los que toma el valor cero se les llaman NODOS o
CEROS. La forma ms cmoda de medir el periodo es entre picos, o
valles, o nodos consecutivos.
Fig.3: Corriente en diente de sierra
La diferencia entre un pico y un valle da el VALOR DE PICO A
PICO que, naturalmente, ser el doble del valor de pico.
Fig.4: Corriente sinusoidal
El valor de la corriente en cada instante es el VALOR
INSTANTANEO. el nmero de alternancias o ciclos que describe la
corriente en un segundo se le llama FRECUENCIA y se expresa en c/s
(ciclos por segundo) o HERTZIOS (Hz). Los mltiplos ms usuales del
hertzio son:
KILOHERTZIO (KHz.) = 103 Hz. (1.000 Hz)
MEGAHERTZIO (KHz.) = 106 Hz. (1.000.000 Hz)
GIGAHERTZIO (KHz.) = 109 Hz. (1.000.000.000 Hz)
Partes de una onda senoidal
De todas estas formas, la onda ms comn es la sinusoidal o
senoidal.Cualquier corriente alterna puede fluir a travs de
diferentes dispositivos elctricos, como pueden ser resistencias,
bobinas, condensadores, etc, sin sufrir deformacin. La onda con la
que se representa grficamente la corriente sinusoidal recibe ese
nombre porque su forma se obtiene a partir de la funcin matemtica
de seno.En la siguiente figura se puede ver la representacin grfica
de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la componen:
De donde:
A = Amplitud de ondaP = Pico o crestaN = Nodo o valor ceroV =
Valle o vientreT = Perodo
Amplitud de onda: mximo valor que toma una corriente elctrica.
Se llama tambin valor de pico o valor de cresta.Pico o cresta:
punto donde la sinusoide alcanza su mximo valor.Nodo o cero: punto
donde la sinusoide toma valor 0.Valle o vientre: punto donde la
sinusoide alcanza su mnimo valor.Perodo: tiempo en segundos durante
el cual se repite el valor de la corriente. Es el intervalo que
separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El
perodo es lo inverso de la frecuencia y, matemticamente, se
representa por medio de la siguiente frmula:
T = 1 / FComo ya se vio anteriormente, la frecuencia no es ms
que la cantidad de ciclos por segundo o hertz (Hz), que alcanza la
corriente alterna. Es el inverso del perodo y, matemticamente, se
representa de la manera siguiente:
F = 1 / T
Valor Medio Y Valor Eficaz
Valor Medio
Se llama valor medio de una tensin (o corriente) alterna a la
media aritmtica de todos los valores instantneos de tensin ( o
corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo.
En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un
perodo es nulo: en efecto, los valores positivos se compensan con
los negativos. Vm= 0
En cambio, durante medio periodo, el valor medio es siendo V0 el
valor
mximo.
Valor Eficaz
Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que
tendra una corriente continua que produjera la misma potencia que
dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma
resistencia.
Es decir, se conoce el valor mximo de una corriente alterna
(I0). Se aplica sta sobre una cierta resistencia y se mide la
potencia producida sobre ella. A continuacin, se busca un valor de
corriente continua que produzca la misma potencia sobre esa misma
resistencia. A este ltimo valor, se le llama valor eficaz de la
primera corriente (la alterna).
Para una seal sinusoidal, el valor eficaz de la tensin es: y del
mismo modo para la corriente la potencia eficaz resultar ser: Es
decir que es la mitad de la potencia mxima (o potencia de pico)
La tensin o la potencia eficaz, se nombran muchas veces por las
letras RMS. O sea, el decir 10 VRMS 15 WRMS significarn 10 voltios
eficaces 15 watios eficaces, respectivamente.
Representacin Vectorial
DIAGRAMAS DE POTENCIAS
En un circuito en el que haya los tres tipos de elementos
pasivos, RLC, se puede establecer un diagrama vectorial, en el que
se representen las resistencias e impedancias que componen el
mismo, y que dan como resultante un vector que denominamos
impedancia Z.
DIAGRAMA DE TENSIONES
El diagrama de la izquierda representa el conjunto de vectores
de resistencias y reactancias, que resultan en Z.
Si cada uno de estos vectores lo multiplicamos por la componente
correspondiente de la corriente, obtendremos el diagrama de
tensiones, de la derecha; y si este ltimo, lo volvemos a
multiplicar por la intensidad, (v.i), obtendremos el tringulo de
potencias que se indica ms abajo.
P = Potencia aparente
Pa=Potencia activa
Pr=Potencia reactivaQue es la expresin de la potencia
resultante.En funcin de los valores eficaces de la corriente y de
la tensin, las potencias son: Pa=V.I.cos (Potencia
activa).Pr=V.I.sen (Potencia reactiva).Siendo V e I, los valores
medidos de la tensin y de la corriente. Potencia En C.A.
Uno de los factores ms influyentes en el diseo y mantenimiento
de un circuito, es el de la potencia.
Cuando tenemos un generador de c.a. aplicado, que hace que
circule una corriente i(t), es decir, dependiente del tiempo.
En todo instante, el producto de la tensin por la intensidad se
llama potencia instantnea y viene dada por P=v.i
La potencia P, puede tomar valores positivos o negativos segn el
instante en que se considere.En general si
la grfica de la potencia ser la resultante de las dos grficas
"v" e "i"; y ser distinta segn se trate de un circuito resistivo,
inductivo o capacitivo.Ventajas De La Corriente Alterna
Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna, comparada
con la corriente directa o continua, tenemos las siguientes:
Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensin por medio de
transformadores.
Se transporta a grandes distancias con poca de prdida de
energa.
Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.
Al incrementar su frecuencia por medios electrnicos en miles o
millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible
transmitir voz, imagen, sonido y rdenes de control a grandes
distancias, de forma inalmbrica.
Los motores y generadores de corriente alterna son
estructuralmente ms sencillos y fciles de mantener que los de
corriente directa. 3. Clculos y resultados:Primera Parte
En esta primera parte consisti bsicamente en observacin, en lo
cual pudimos ver que:
Al inicio que se conecto la tensin a los puntos M y N, se
observo que el fluorescente no se prenda, y una vez que se uni Q y
S, se observo una pequea luz entre los bordes de la lmpara, pero
una vez que este cable se solt se pudo observar que la luz se
prenda instantneamente.
De igual manera se observo que al colocar el arrancador la
lmpara se encenda rpidamente.
Segunda Parte
Por medio de lo indicado se construye el siguiente triangulo
rectngulo:
Escala
Real
=1cm
= *R = 19.227
*=?
=236.5
1.-Determine la cada de voltaje a travs de la inductancia L
Donde nos dicen que BC es el voltaje a travs de la inductancia,
donde de la figura podemos obtener que:
Escala
Real
=1cm
= *R = 19.227
=12.26 cm
=?
2. Mediante la cada del voltaje y calcule la inductancia L
Pero adems , de donde , y adems , de
=235.723 =
235.723= (0.39)(377)L
L=1.571H
3. Encuentre el ngulo de fase entre el voltaje y la corriente a
travs del reactor
El ngulo se obtiene dividiendo el voltaje , y , dada la
siguiente relacin:
, entonces:
4. Cual es la potencia disipada a travs del reactor? Como se
compara este valor con el anotado en la cubierta metlica?
Potencia Disipada:
Segn la lectura del reactor este emite una potencia entre 1 a
20W, lo cual quiere decir que potencia disipada en nuestro caso no
es el mximo, pero esta dentro del rango.
Tercera Parte:
Los Voltajes obtenidos mediante el circuito fueron:
1.-Trace el triangulo DAC, que ser el triangulo del circuito
Porque?
Podemos Observar que se trazo el triangulo DAC, con las
condiciones dadas, y se ve que esta formadas por lados de valores
los voltajes entre los puntos M,N,P, y se ve que el ngulo ADC es de
101, lo cual nos indica que tiene la tendencia a ser 90, y es como
debera ser. Esto se explica porque el voltaje producido por el
reactor mas el producido por el arrancador, con las resistencias,
debe ser igual al de la tensin de lnea, pero esto vectorialmente,
es por ello que seria una suma de cuadrados, y de ah que el ngulo
debera ser 90.
El error podra ser analizado ante falla de los equipo,
inicialmente por parte del voltmetro y luego por una falta de
precisin en la medicin con el multimetro, tambin en la medicin con
el escalimetro dibujando en el papel milimetrado.
2.Medir el ngulo de desfase determinado por EDA
El ngulo EDA mide 16, aproximadamente.
Este seria mi segundo ngulo de desfase
3.Calcula la potencia disipada por la lmpara fluorescente Cmo se
compara este valor con el que aparece sobre el tubo de lmpara
fluorescente?
Potencia a travs de la lmpara:
4. Indicar si el comportamiento de la lmpara fluorescente es
inductivo o capacitivo.Dado el ngulo de desfase del voltaje de la
lmpara fluorescente, podemos decir que este es inductivo.
5. Es posible hacer funcionar la lmpara fluorescente sin usar el
arrancador?
Es posible prender la lmpara sin el arrancador, como fue
explicado en la primera parte del experimento, al desenchufar
sbitamente el cable QS.
6. Explique detalladamente el hecho de que al interrumpirse la
corriente en el arrancador aparece un alto voltaje a travs del tubo
es este voltaje mayor que el voltaje de lnea?
Esto sucede cuando se desconecta sbitamente QS, es decir, cuando
todo el circuito esta conectado inicialmente empieza a circular una
corriente a travs de los filamentos, una vez sacado el cable se da
origen a una Fem. Autoinducida entre los bornes del reactor y
consecuentemente una gran diferencia de potencial entre ambos
filamentos de la lmpara, lo cual logra ionizar los gases de la
lmpara y encenderla a esta.
Con respecto al voltaje, este no es mayor que el voltaje de
lnea, dado que podra quemarse, aunque para ello se encuentra un
dispositivo dentro del reactor para no producir accidentes.
7. De acuerdo a las mediciones de voltaje efectuados, se cumple
la segunda ley de Kirchhoff?
Podemos ver que de nuestra medicin de voltajes, ya sea esta
hecha por el voltmetro o el multimetro la suma de voltajes MP y PN,
nos da una valor distinto al de MN, por ello podemos considerar que
no se cumple la ley de Kirchhoff, esto porque dicho circuito tiene
un anlisis vectorial.
4. Conclusiones: La corriente alterna, permite aumentar o
disminuir el voltaje o tensin por medio de transformadores.
La corriente alterna, se transporta a grandes distancias con
poca de prdida de energa.
Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.
Al incrementar la frecuencia de la corriente alterna por medios
electrnicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias
de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y rdenes de
control a grandes distancias, de forma inalmbrica.
Los motores y generadores de corriente alterna son
estructuralmente ms sencillos y fciles de mantener que los de
corriente directa.
5. Recomendaciones:
Al momento de trabajar con las escalas, en el clculo de la
inductancia, al voltaje menor, es decir al voltaje de la
resistencia del reactor, considerarlo como 1cm., esto para
facilitar los clculos.
La medicin de los voltajes, en vez de trabajarlos con el
voltmetro dado, hacerlo con el multimetro digital, debido a que
este es mas exacto, en cuanto a medicin.6. Bibliografa: Teora
electromagntica, M. Zhan Editorial McGraw-Hill / interamericana de
Mxico 1991 Pg. 394-395. Fsica par ciencias e Ingeniera Tomo II,
Serway Beicher, 5 edicin 2001 Editorial Ultra S.A. Pg.
1044-1066.A
B
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