taller electrico 13

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD PFR

Grupo E

Tema :

“CIRCUITOS SERIE EN CORRIENTE ALTERNA”

Semestre I

Taller N° 13

Fecha 07/11/14

Alumnos:

Grupo : E Profesor :

Nota: Semestre : I

Fecha de entrega : 07 11 14 Hora:

TALLER ELÉCTRICO

LABORATORIO N° 13



Grupo E

Tema :


Semestre I

Taller N° 13

Fecha 07/11/14

1.-OBJETIVOS

Determinar los parámetros de corriente alterna como resistencia activa.

Determinar los triángulos de impedancias, tensiones y potencias.

2.-FUNDAMENTO TEÓRICO

Cuando a Los extremos de una resistencia óhmica se aplica una tensión alterna, V =

VM sen t, la intensidad de la corriente que se origina se deduce a partir de la ley de

Ohm:

tsenItsenR

Vi m

m (1)

Resultando que la intensidad también varía

sinusoidalmente con el tiempo, con la misma frecuencia

que la tensión aplicada, y que su valor máximo vale

R

VI mm (2)

Por tanto, cuando un circuito sólo contiene resistencia óhmica, la intensidad de la

corriente no presenta diferencia de fase respecto a la tensión aplicada que la origina

(fig. 1).

En general, en los circuitos de corriente alterna se suelen utilizar otros elementos

además de las resistencias óhmicas. Supongamos que existan, conectadas en serie

con una resistencia R, una bobina L y un condensador C. Al aplicar una tensión alterna

a los extremos de dicho circuito en serie, se establece, una vez desaparecidos los

efectos transitorios de corta duración, una corriente estacionaria que viene expresada

por

)( tsenIi m (3)

En la que se pone claramente de manifiesto que la frecuencia f = /2 de la intensidad

es la misma que la correspondiente a la tensión, pero que la intensidad está desfasada

en un ángulo (ángulo de desfase o desfase) respecto a la tensión.

Los valores instantáneos de una intensidad de corriente, f.e.m. o diferencia de potencial

alternos, varían de un modo continuo desde un valor máximo en un sentido, pasando

por cero, hasta un valor máximo en el sentido opuesto, y así sucesivamente. El


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comportamiento de un determinado circuito en serie queda expresado por los valores

máximos de la intensidad (Im) y de la tensión (Vm) (también del valor del desfase φ), pero

es mucho más interesante estudiar los circuitos de corriente alterna en función de los

valores eficaces, lef y Vef, en lugar de los valores máximos, porque los valores que se

miden con los voltímetros y amperímetros de c.a. son precisamente los eficaces.

La intensidad eficaz de una corriente alterna se define como el valor de la intensidad de

una corriente continua que desarrollase la misma cantidad de calor en la misma

resistencia y en el mismo tiempo. Se demuestra que

mm

ef II

I 707.02

(4)

y análogamente, la tensión eficaz,

mm

ef VV

V 707.02

(5)

De ahora en adelante, se interpretará que las letras I y V sin subíndices hacen referencia

a los valores eficaces de las magnitudes correspondientes.

La intensidad máxima Im está relacionada con la tensión máxima Vm por una expresión

que tiene la misma forma que la que expresa la ley de Ohm para corrientes continuas.

Z

VI mm (6)

Denominándose la magnitud Z, impedancia del circuito, que es una generalización de la

resistencia R de la ley de Ohm en corriente continua. Naturalmente, dividiendo los dos

miembros de (6) por 2 , se obtiene para los valores eficaces

Z

VI (7)

La relación que existe entre la impedancia Z del circuto RLC en serie y las características

R, L y C de los tres elementos considerados es


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22 ))/1(( CLRZ (8)

Que, introduciendo las siguientes simplificaciones,

XL = L XC = 1/C X = XL-XC (9)

Se escribe

22 XRZ (10)

Por otra parte, el desfase, viene dado por la expresión

R

Xarctg (11)

La magnitud X recibe el nombre de reactancia; XL y XC son la reactancia inductiva o

inductancia y la reactancia capacitiva o capacitancia. Tanto la impedancia como la

reactancia se miden en ohmios ().

Los papeles de la inductancia y de la capacitancia son contrapuestos, tanto en lo que

se refiere a la limitación de la corriente, como al desfase que introducen entre la

intensidad y la tensión. Así, mientras que un aumento de inductancia reduce la

intensidad, un aumento de capacitancia la hace

aumentar. Además, la inductancia retrasa la

intensidad respecto a la tensión, en tanto que la

capacitancia la adelanta. Tanto la inductancia como la

capacitancia dependen de la frecuencia de la tensión

alterna aplicada.

La relación que existe entre la impedancia Z de un

circuito RLC en serie y los valores de R, XL y XC puede

representarse gráficamente considerando estas

magnitudes como vectores. La resistencia R se

representa por un vector situado sobre el eje Ox en

sentido positivo del mismo; y las reactancias XL y XC, por vectores situados sobre el eje

Oy, en los sentidos positivo y negativo, respectivamente. La impedancia Z será el vector

suma de los tres vectores. Véase la figura 2, denominada diagrama del vector

impedancia del circuito. En dicha figura, se ha considerado el caso en que XL > XC, y por

tanto X es positiva, y también es positivo el desfase. Diremos que el circuito

representado por dicho diagrama es "inductivo". En el caso contrario, esto es XC > XL,

el circuito sería "capacitivo".

Como casos especiales, es evidente que si el circuito sólo contiene una resistencia pura,

entonces X = 0; Z = R y = 0, y la intensidad está en fase con la tensión aplicada.


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Si el circuito contiene autoinducción pura, será R = 0, Z = XL = L y = + /2, y la

intensidad se retrasa 90° respecto a la tensión aplicada.

Pero si el circuito se compone de capacidad pura, se tendrá R = 0, Z = XC = 1/C y =

- /2, y la intensidad adelanta en un ángulo de 90° a la tensión.

La intensidad de la corriente tiene la misma fase en todas las partes de un circuito en

serie. Es decir: es máxima en la resistencia, autoinducción y condensador al mismo

tiempo; nula en los tres un instante después; máxima, pero de sentido opuesto, otro

instante todavía posterior, y así sucesivamente.

La diferencia de potencial (d.d.p.) entre

dos puntos cualesquiera de un circuito

es igual al producto de la intensidad

por la impedancia del mismo entre los

dos puntos considerados, siempre que

no exista ninguna f.e.m.

Comprendida entre dichos puntos. Así,

Vab=IZab (12)

La diferencia de fase entre Vab e I será

= arctg (Xab/Rab) (13)

En la figura 4, la impedancia Zab entre a y b es R y, por consiguiente, Vab = IR y =

arctg0 = 0. Esto es, la d.d.p. entre los terminales de una resistencia pura está en fase

con la intensidad de la corriente.

Entre los puntos b y c es Zbe = XL, Vbe= IXL y = arctg /2. Esto es, la d.d.p. entre los

terminales de una autoinducción pura está adelantada 90° respecto a la intensidad.

Entre los puntos c y d es Zed = XC, Ved = IXC y = arctg -/2. Esto es, la d.d.p. entre los

terminales de una capacidad pura está retrasada 90° respecto a la intensidad.

Debido a estos desfases, la suma de la diferencia de potenciales eficaces entre los

V

I

R L C

a b c d


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extremos de un cierto número de elementos de un circuito en serie no es igual a la

diferencia de potencial entre los extremos del conjunto. La suma de tensiones deberá

efectuarse geométricamente, como se indica en la figura 5, donde VR, VL y VC son las

tensiones entre los extremos de la resistencia R, autoinducción L y capacidad C,

respectivamente, y V es la tensión entre los extremos de la asociación en serie RLC.

3.-MATERIAL Y EQUIPO

Un circuito de ensayo.

2 multímetros digitales

Una resistencia de 100 Ω

Una bobina de 140 mH

Un condensador de 10µF

VLC

VR VC

VL

MULTÍMETRO Y AMPERÍMETRO MODULO DE TRABAJO


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4.-SEGURIDAD EN LA EJECUCION DEL LABPRATORIO

Simbología Interpretación

Después del ingreso al laboratorio las mochilas deberán colocarse en el anaquel respectivo.

Uso obligatorio de zapatos o calzado de seguridad.

No está permitido el uso de dispositivos de musicales (radios personales, mp3) y teléfonos celulares.

Deberá cumplir con las normas de seguridad específicas con cada uno de las máquinas, equipos, instrumentos y manejo de materiales.

En caso de emergencia (temblor) la salida será en forma ordenada siguiendo las indicaciones de evacuación señalizadas en el taller.

En caso de ocurrir accidentes de trabajo deberá comunicar de inmediato al profesor.

RESISTENCIA BOBINA


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5.-PROCEDIMIENTO

5.1.-CIRCUITO SERIE RL

Realizar el circuito según el esquema eléctrico.

VR

VL

Mida y registra los parámetros en la siguiente tabla.

R V VR VL I

100 12 4.344 7.85 42.3mA


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Calcular los parámetros requeridos por la tabla.

XL L Zeq Θ

52.77 140 x 10-3 113.071 -27.831

Calculamos XL: Calculamos L

𝑋𝐿 = 2𝜋𝑓𝐿 𝑍𝑒𝑞 = √𝑅2 + 𝑋𝑙2

𝑋𝐿 = 2𝜋 ∗ 60 ∗ 140𝑥10 -3 𝑍𝑒𝑞 = √1002 + 52.7782

𝑋𝐿 = 52.777 𝑍𝑒𝑞 = 113.071

Calculamos ϴ:

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (𝑉𝐿

𝑉𝑅)

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(52.778

100)

𝜃 = −27.831

Con los datos graficamos el triángulo de impedancias.

R

XL Z

Z

XL

5.2.-circuito serie RC

VR


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VC

Mida y registre los datos que se requieren en la tabla.

R V VR VL I

100 12 3.25 11.35 32.31mA

Calcule registre los parámetros que requiere la tabla.

Xc C Zeq Θ

265.2582 10μF 283.4717 -74.02

Calculamos Xc: calculamos Zeq:

Medición en paralelo

Medición en serie


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𝑋𝑐 =1

2𝜋𝑓𝐶 𝑍𝑒𝑞 = √𝑅2 + 𝑋𝑐2

𝑋𝑐 =1

2𝜋∗60∗10𝑥 10 -6 𝑍𝑒𝑞 = √1002 + 265.25822

𝑋𝑐 = 265.2582 𝑍𝑒𝑞 = 283.4817

Calculamos Xc:

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(−𝑉𝑐

𝑉𝑟)

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(−11.35

3.25)

𝜃 = −74.02

Graficamos el triangulo de voltaje.

R

Xc Xc Z

R


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5.3.-CIRCUITO SERIE RLC

Realizar el siguiente esquema eléctrico.

VR VC

VL

Mida y registre los datos que requiere la tabla siguiente

R V VR VC VL I

100 12 2.87 10.09 5.188 28.21mA


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Calcule y registre los datos de la tabla siguiente.

Xc Xl C L Zeq Θ

265.2582 52.77 10μF 140 x 10-3 333.3862 -59.652

Calculamos solo Zeq porque el Xc y XL ya fue hallado en los antiguos circuitos.

𝑍𝑒𝑞 = √𝑉𝑟2 + (𝑉𝑙 + 𝑉𝑐)2

𝑍𝑒𝑞 = √1002 + (52.777 + 265.2582)2

𝑍𝑒𝑞 = 333.3862

Calculamos ϴ:

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(−𝑉𝑐−𝑉𝑙

𝑉𝑟)

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (−10.09−5.188

2.87)

𝜃 = −59.652

Xc Xc Z

R

6.-OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

6.1.-observaciones

Se obtuvo conocimiento de los circuitos en serie en corriente alterna por serse

concluye de gran utilidad en nuestra carrera.

También se obtuvo como es que estos circuitos están en nuestro alrededor y

hacen, más fácil el entorno.

Además ahora se conoce la utilidad de estos circuitos por el 90% del mundo

consume la corriente alterna por eso su debido conocimiento debe ser claro.

Con este laboratorio se logró tener conocimiento y ventajas de la corriente alterna

y los circuitos que esta conlleva con la desaparición o minimización de algunos


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fenómenos eléctricos indeseables (magnetización en las maquinas, y

polarizaciones y corrosiones electrolíticas en pares metálicos)

6.2.-conclusiones

Se concluye del presente laboratorio como es que se debe determinar los

parámetros de corriente alterna como es la resistencia reactiva y la resistencia

activa.

También cómo es que se desarrollan correctamente los triángulos de impedancias,

tensiones y potencias de los mismos.

7.-BILIOGRAFIA

www.unicrom.com/Tut_circuitoRL.asp

www.iesantoniodenebrija.es/tecnologia/images/.../Apuntes%20alterna.pd

www.heurema.com/PDF33.htm

www.fisicapractica.com/rlc.php

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

http://www.iesantoniodenebrija.es/tecnologia/images/.../Apuntes%20alterna.pd

http://www.heurema.com/PDF33.htm

http://www.fisicapractica.com/rlc.php

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