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INFORME TÉCNICO LABORATORIO N°1 LEYES DE KIRCHHOFF, RECONOCIMIENTO DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y COMPONENTES DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS LINEALES INTEGRANTES CARRIÓN VENANCIO, Leonardo CASTILLO SALINAS, Gilmer CONDOR VARGAS, Jeanpiere OLIVERA TORRES, Giancarlo UCAÑAN CHOQUEMOROCO, Esthefany PROFESOR: SINCHI YUPANQUI, Francisco CURSO-SECCIÓN: LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS I-ML124 “A” INSTITUCIÓN: Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Mecánica FECHA DE REALIZACIÓN DEL EXPERIMENTO: 13-09-2018 FECHA DE PRESENTACIÓN: 20-09-2018

2018-2

Contenido 1.

2.

OBJETIVOS:..................................................................................................... 1 1.1.

OBJETIVO PRINCIPAL: ............................................................................ 1

1.2.

OBJETIVOS SECUNDARIOS: ................................................................... 1

MARCO TEÓRICO: .......................................................................................... 1 2.1.

LAS LEYES DE KIRCHHOFF: ................................................................... 1

2.2.

EQUIPOS:.................................................................................................. 2

Resultados y Discusión ........................................................................................... 8 Tablas de Resultados .......................................................................................... 8 Primer circuito.......................................................................................................... 8 3.

REFERENCIAS .............................................................................................. 12

ANEXOS ............................................................................................................... 13

1. OBJETIVOS: 1.1.

OBJETIVO PRINCIPAL:

 Demostrar experimentalmente las leyes de Kirchhoff.

1.2.

OBJETIVOS SECUNDARIOS:

 Aprender el uso correcto de equipos de medición eléctrica.  Obtener los parámetros eléctricos mediante los circuitos dados.  Reconocer los errores obtenidos mediante las mediciones eléctricas experimentales comparando con los valores teóricos.

2. MARCO TEÓRICO: 2.1.

LAS LEYES DE KIRCHHOFF:

Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Estas leyes son utilizadas para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica e ingeniería electrónica. (Electrónica completa) 

Ley de corrientes de Kirchhoff (LCK)

La ley de corrientes de Kirchhoff o también llamada primera ley de Kirchhoff y denotada por la sigla “LCK” describe cómo se comportan las corrientes presentes en un nodo de un circuito eléctrico. Esta ley dice lo siguiente: “En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.” (Geek Electrónica, 2016) Por lo tanto si tenemos el siguiente nodo:

1

En el nodo anterior están presentes cuatro corrientes, de las cuales solamente una de ellas ingresa al nodo (I1), las otras tres (I2, I3, I4) salen del nodo, por lo tanto siguiendo el planteamiento de la ley de corrientes de Kirchhoff que dice que la suma de las corrientes que salen debe ser igual a la suma de las corrientes que entran al nodo,



se

tendría

lo

siguiente:

Ley de voltajes de Kirchhoff (LVK)

La ley de voltajes de Kirchhoff o también llamada segunda ley de Kirchhoff y denotada por su sigla “LVK” describe cómo se comporta el voltaje en un lazo cerrado o malla, por lo tanto con esta ley es posible determinar las caídas de voltaje de cada elemento que compone a la malla que se esté analizando. Esta ley dice lo siguiente: “En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total administrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.” (INFOOTEC, 2017) Por lo tanto, si tenemos el siguiente circuito:

La fuente de voltaje (Vf) va a estar suministrando una tensión de 12V y en cada una de las resistencias (R1, R2, R3 y R4) se va a presentar una caída de tensión que va a ser el valor de voltaje de esas resistencias y la suma de dichas caídas de tensión debe ser igual al valor entregado por la fuente:

2.2. 

EQUIPOS:

Fuente DC: Fuentes de corriente directa. También son llamadas fuentes de alimentación, son un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta 2

(ordenador, televisor, impresora, router, etc.). Las fuentes de alimentación, para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de alimentaciones lineales y conmutadas. Las lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja y por tanto más susceptible a averías.



Multímetros: Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.



Resistencias: Son componentes electrónicos que tienen la propiedad de presentar oposición al paso de la corriente eléctrica. La unidad en la que mide esta característica es el Ohmio y se representa con la letra griega Omega (W). Los símbolos eléctricos que las representan son:

3

Características de las Resistencias Las características más importantes de las resistencias, también llamadas resistores, son: Valor nominal: Es el valor en Ohms que posee. Este valor puede venir impreso o en código de colores. Tolerancia: Es el error máximo con el que se fabrica la resistencia. Esta tolerancia puede ser de +-5% y +-10%, por lo general. Potencia máxima: Es la mayor potencia que será capaz de disipar sin quemarse.

PROCEDIMIENTO : 4

1. Como primer paso mediremos todas las resistencias variables y no del panel de resistencias adquirido, no debe estar conectado a fuente, ya que podemos dañar los equipos. 2. Implementar los circuitos mostrados en las figuras anteriores o las figuras que indique el instructor. 3. Medir con el multímetro las corrientes y los voltajes en cada resistencia tomando en cuenta el sentido y la polaridad de los mismos. 4. Al finalizar las experiencias medir otra vez la resistencia de los resistores. 5. Medir la resistencia equivalente en cada circuito implementado. 6. Calcular con los datos equivalentes de tensión y corriente en cada elemento del circuito su potencia correspondiente y elaborar su balance de potencias de elementos activos y pasivos del circuito correspondiente. 7. Para las mediciones con el multímetro, seleccionar: - Ohmímetro (O) para medir resistencias de los resistores. Para usar este instrumento, conectamos los terminales ponemos el multímetro en la figura del ohmio, luego unimos sus terminales con las terminales de la resistencia, así estaríamos hallando el valor de la resistencia. - Amperímetro (A) para medir amperajes, conectamos en serie con los resistores, de esta forma estaríamos hallando la corriente que pasa por los resistores ya que es posible porque idealmente el amperímetro tiene resistencia nula. - Voltímetro (V) para medir voltajes, para calcular estos valores procedemos a conectar en paralelo con resistores, esto es posible ya que un voltímetro tiene teóricamente resistencia infinita, esto hace posible que por ahí no pase corriente, por ende podríamos hallar el voltaje en esa resistencia. 8. Anotar las características técnicas de los equipos e instrumentos utilizados. Procedimientos adicionales: 

Como una opción para hallar las corrientes que circulan por los resistores puede usar la relación voltaje(V) – ampere (A), que lo explicamos a continuación. a. El valor de la corriente eléctrica por algún resistor sería igual: 𝐼=

𝑉 𝑅

Unidades: Amperios. b. La potencia eléctrica lo hallamos con la siguiente fórmula: 𝑃 = 𝑉𝑥𝐼 Derivados:

5

𝑃=

𝑉2 𝑅

𝑃 = 𝐼2 𝑥𝑅 Simulación computacional : En los circuitos solicitados hemos usado el programa PSpice, es un software para diseñar circuitos y nos da la ayuda de encontrar valores de tensión y corriente eléctrica. Para dibujar las ramas y las resistencias damos click seleccionador en la parte superior de la pantalla, en las imágenes señaladas a continuación:

Lo encerrado en rojo es para las ramas del circuito, luego para dibujar las resistencias y las fuentes damos click en el combo box, y seleccionamos “r” y “VDC”. Una vez dibujado las resistencias pasamos a unirlos con los cables dibujados, luego al dar doble click a la resistencia, le damos el valor que nos da en la guía para cada fuente y cada resistencia.

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Una vez terminado el paso previo presione “F11” que es el botón de simulación. Repita los pasos anteriores para simular los siguientes circuitos.

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Resultados y Discusión Tablas de Resultados

Primer circuito

Para: V1= 26.28 V

Valores experimentales: Elemento

Valor exp.

Tensión (Voltios)

Corriente (mA)

Potencia (mW)

R1 R2 R3 R4 R5

1.987 KΩ 323.1 Ω 5.593 KΩ 216.7 Ω 10.01 KΩ

22.65 3.631 1.285 0.05 2.297

11.399 11.238 0.2298 0.231 0.229

258.187 40.805 0.295 0.012 0.526

Elemento

Valor exp.

Tensión (Voltios)

Corriente (mA)

Potencia (mW)

R1 R2 R3 R4 R5

1.987 KΩ 323.1 Ω 5.593 KΩ 216.7 Ω 10.01 KΩ

22.668 3.612 1.277 0.049 2.286

11.408 11.18 0.228 0.228 0.228

258.5965 40.3822 0.2912 0.0112 0.5212

Valores Teóricos:

8

Segundo Circuito

Para: V1= 28.6 V V2= 18.7 V

Valores Experimentales: Elemento

Valor exp.

Tensión (Voltios)

Corriente (mA)

Potencia (mW)

Rv R3 R1 R2

23.87 kΩ 323.5 Ω 0.981 kΩ 323.1 Ω

11.93 6.72 16.65 11.93

0.499 20.772 16.973 36.924

5.953 139.588 282.6 440.503

Elemento

Valor exp.

Tensión (Voltios)

Corriente (mA)

Potencia (mW)

Rv R3 R1 R2

23.87 kΩ 323.5 Ω 0.981 kΩ 323.1 Ω

11.999 6.701 16.601 11.999

0.502 20.715 16.923 37.136

6.023498 138.811215 280.938723 445.594864

Valores Teóricos:

9

Tercer Circuito

Para: V1= 21 V

Valores experimentales: Elemento

Valor exp.

Tensión (Voltios)

Corriente (mA)

Potencia (mW)

R1 R2 R5 R4 R3 Rv

322,2 Ω 1.988 kΩ 98.1 kΩ 1.987 kΩ 5.593 kΩ 23.87 kΩ

0.294 0.412 20.34 3.525 3.939 16.81

1459.634 0.207 0.207 1.774 0.704 0.704

429.132 0.085 4.21 6.253 2.773 11.834

Valores teóricos: para 19V Elemento

Valor exp.

Tensión (Voltios)

Corriente (mA)

Potencia (mW)

R1 R2 R5 R4 R3 Rv

322,2 Ω 1.988 kΩ 98.1 kΩ 1.987 kΩ 5.593 kΩ 23.87 kΩ

0.285 1.104 17.611 0.746 1.85 16.864

886.02 0.555 0.179 0.375 0.33 0.706

252.5157 0.61272 3.152369 0.27975 0.6105 11.905984

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Conclusiones  Los valores de laboratorio (experimentales) obtenidos con los instrumentos de medición siempre varían con respecto a los valores teóricos, debido a la falta de precisión en el instrumento o a las condiciones de uso.  El código de colores nos muestra un valor nominal o teórico de la resistencia para lo cual fue fabricada, pero la medición de dicho valor con el multímetro nos muestra otra, que comparada con la nominal presenta un error de 0.2 a 2% en el caso de las resistencias que se usó, considerando que no se tomó en cuenta la precisión del multímetro.  De igual forma las tensiones medidas en cada resistencia presentaban diferencia con los valores obtenidos analíticamente.  Se noto como las leyes de Kirchhoff son importantes para la resolución de circuitos resistivos ya que se convierte en una gran herramienta para el análisis de los circuitos.

Recomendaciones  Siendo el factor humano una causa de las mediciones erróneas, se debe tener pleno conocimiento de lo que se va a realizar y cuidado necesario.  Se recomienda trabajar con un equipo que no tenga un gran desgaste físico para evitar que los errores se propaguen.  Al momento de hacer las mediciones de voltaje o corriente en los diferentes elementos ubicar bien los bornes de medición en el elemento.  Hacer una revisión de continuidad con el multímetro al circuito para verificar si existen algún falso contacto. Se recomienda trabajar con elementos de seguridad para poder tener cuidado al accionar los bornes del circuito q estén sometidos a alta tensión.

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3. REFERENCIAS Electrónica completa. (s.f.). Leyes de Kirchhoff. Obtenido de http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/ Geek Electrónica. (19 de 03 de 2016). Leyes de Kirchhoff. Obtenido de https://geekelectronica.com/leyes-de-kirchhoff/ INFOOTEC. (21 de Octubre de 2017). Ley de Kirchhoff. Obtenido de https://www.infootec.net/ley-de-kirchhoff/

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ANEXOS GENERADOR DE FUNCIONES (FG2C/FG3C)

Figura 1. 1. Interruptor de alimentación Se aplica energía de la línea a la fuente de alimentación FG3C FG2C. 2. Indicador de tiempo de puerta Puerta indicador de intervalos (el intervalo de puerta del contador interno es de 0,01 segundo). 2a. Selector de tiempo de puerta Pulse este botón para cambiar el tiempo de puerta cuando el uso del modo de contador externo. La secuencia es 0.01 s, 0,1 s, 1 s 10 s, y seleccionados por al pulsar este botón. 3. Indicador de rango sobre el 13

4.

5. 6. 7.

En el modo de contador externo, el indicador se enciende cuando la frecuencia de salida es mayor que el rango seleccionado. mostrador Muestra la frecuencia externa a través de una pantalla verde de 6 dígitos, y la frecuencia interna a través de una pantalla verde de 5 dígitos. Indicador de frecuencia Indica el valor de la frecuencia actual multiplicador. Indicador de tiempo de puerta Destellos en el inicio de cada intervalo de compuerta. Selector de rango de frecuencia Seleccione el rango de frecuencia deseada pulsando el botón correspondiente pulsador del panel como se muestra en la Tabla 1. Presionar el botón

Rango de frecuencia

8. selector de funciones Pulse uno de los tres botones para seleccionar la forma de onda de salida deseada. 9. Función deber Tire y gire la perilla para ajustar el ciclo de trabajo de la forma de onda. 10. TTL/CMOS Selector Cuando el mando está en, el terminal BNC de (20) es la salida de forma de ondas compatibles TTL. Si la perilla está fuera, girando el mando ajustará la salida compatible CMOS (5 -15Vpp) en el (20) Terminal de BNC. 11. DC Control de Offset Tire de la perilla para seleccionar cualquier nivel de corriente continua de la forma de onda entre ± 10V., Gire el mando hacia la derecha para seleccionar un DC desplazamiento positivo nivel de la forma de onda y en sentido contrario para un DC negativo compensado nivel de la forma de onda. 12. Salida de control de amplitud con Atenuación Operación Gire hacia la derecha para MAX. de salida y hacia la izquierda para la salida MIN. Tire de la perilla de 20 dB de atenuación de salida adicional. 12. a 20 dB de atenuación Presione el botón para reducir la salida en 20 dB. 13. FREC / Selector de barrido y Ajuste de Frecuencia (Barrido de encendido / apagado): Girando en sentido horario el mando hacia la derecha para la frecuencia MAX y en sentido contrario para la frecuencia MIN. (Mantener el perilla puntero dentro del rango de la escala en el panel). 14

Tire del botón para iniciar la operación de barrido automático; el límite superior de frecuencia se determina por la posición del mando. 14. BARRIDO / HORA Control y LIN / LOG Selector: (1) Girar el mando Hacia La Derecha párrafo Ajustar El Tiempo de barrido para MAX, o Hacia la Izquierda párrafo MIN. (2) Seleccione el Modo de barrido lineal Empujando en el mando o LOG Modo de barrido tirando de la perilla 15. MOD ON / off Selector Pulse el botón una vez, el indicador se encenderá, y la salida será modulada por onda sinusoidal de 400 Hz interno o pulse el botón de nuevo, el indicador se apagará, y la salida será modulada a través de una señal externa VCF / MOD en el conector (21). O LOG Modo de barrido tirando de la perilla 16. MOD / PROFUNDIDAD Velocidad de barrido y el selector de AM / FM: (1) anchura de barrido se puede controlar desde 0 a 1000 veces. (2) Ajuste la relación de modulación girando el mando en sentido horario para MAX, o hacia la izquierda para MIN. (3) Seleccione el modo AM (modulación de amplitud) empujando en el modo FM (frecuencia modulada) pomo o tirando de la perilla. 17. MOD EXT Primero Pulsar El Botón Una Vez, el indicador se encenderá, y se Selecciona Externa modulación. Pulso El Botón de nuevo, la indicador se apagará, y se modulación Selecciona INT. 18. Interruptor INT / EXT Contador Seleccione el modo de contador interno (cuenta la frecuencia de la entrada FG3C) o seleccionar el modo de contador EXT para un contador independiente (Señal de entrada de BNC (19) terminal). 19. EXT. Contador Terminal de entrada: Acepta señales externas para la medición 20. Terminal de salida TTL / CMOS TTL / CMOS de salida de señal compatibles 21. VCF / MOD Terminal de entrada: Conector para la tensión de entrada necesaria para realizar la operación de "frecuencia de control de tensión" de la EXT operación de modulación. 22. Terminal de salida principal salida de la señal principal: La señal de salida está calibrado para una carga de 50 Ω. 23. salida GCV Esta es una salida de tensión DC y su nivel de tensión seguirá el cambio de frecuencia.

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Marca del Multímetro FLUKE 87V

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