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ELECTROTECNIA, 7 de Septiembre de
2018 1
Circuitos de Corriente Directa (DC) Muñoz Lozano, Elkin Camilo.1, Rojas Acosta, Gina.2, Cortés Pinzón, Juan Daniel.3 Universidad de Ibagué. Resumen: Este laboratorio tuvo como propósito general la identificación del comportamiento de los circuitos DC según su topología y cómo esta distribución de elementos puede afectar la cantidad de corriente, voltaje y resistencia. Por otro lado, en la práctica se identificaron los elementos necesarios para crear circuitos electrónicos DC; a realizar su respectivo montaje y el análisis de las características a lo que estos conllevan, también se aprende a realizar la correcta medición de las variables anteriormente mencionadas. Se evidencia que los datos obtenidos de manera práctica varían con respecto a los teóricos debido a la calibración que poseen los instrumentos de medición. Palabras claves: Corriente DC, ley de Kirchoff, ley de Ohm, Proteus, Resistencia equivalente.
1. Introducción Primeramente se pretende medir los voltajes y corrientes teniendo en cuenta las leyes Kirchhoff que propone la suma de los voltajes entrantes en un circuito es igual a las que salen del mismo; además, la suma de corrientes que entran en un nodo es igual a cero “Las leyes de voltajes y corrientes de Kirchhoff llamadas KVL y KCL respectivamente. KVL establece que la suma algebraica de las caídas de voltaje en una secuencia cerrada de nodos es cero. Así mismo KCL establece que la suma algebraica de corrientes que entran en un nodo es igual a cero” (Salazar, 2007, p.13). Junto con la Ley de Ohm que indica la diferencia de potencial V es igual a la corriente (I) multiplicado por la resistencia (R). Estas leyes se aplican para los circuitos que se trabajan en la práctica de laboratorio. Los instrumentos de medición y herramientas manuales que debe disponer un laboratorio de electrotecnia deben ser: Multímetro, Protoboard, Fuente de poder, Resistencias eléctricas, Caimanes de conexión y Osciloscopio, además de otros para la adecuada realización del presente laboratorio según lo pautado por la Universidad de Ibagué. A continuación, se presenta un análisis de las prácticas realizadas en el laboratorio de electrotecnia. Como la medición de Voltajes, Resistencias y Amperajes, junto con los análisis teóricos mediante ecuaciones de las leyes anteriormente nombradas para circuitos configurados en serie, paralelo y mixto.
2. Desarrollo de la práctica En la presente práctica de laboratorio se reconoce las herramientas que se utilizaron en el análisis de los circuitos. Posteriormente se procede a realizar el montaje de los circuitos en la protoboard conectándole la fuente de poder con corriente Directa DC. Una vez se tienen las conexiones de manera correcta se comienzan las mediciones del amperaje, voltaje y resistencia; con el fin de obtener los resultados prácticos de cada uno de los tres circuitos. Posteriormente se realiza la simulación de los tres circuitos en el programa Proteus con el fin de obtener los resultados teóricos.
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Elkin Camilo Muñoz Lozano, [email protected]. Gina Vanessa Rojas Acosta, [email protected]. 3 Juan Daniel Cortés Pinzón, [email protected]. 2
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A. Instrumentos y herramientas del laboratorio de Electrotécnia. Los instrumentos y herramientas que se usaron para la realización del laboratorio fueron: El Multímetro; el cual es usado para medir la diferencia de potencial eléctrico (Voltaje) en los circuitos; Fig. 1.1 (Anexo B.1). Los circuitos fueron montados en una protoboard la cual posee unos orificios conectados eléctricamente entre sí, siguiendo un patrón horizontal o vertical (Anexo B.2). Usando una Fuente de poder se suministró energía DC (Corriente Directa) a los circuitos; Fig. 1.3 (Anexo B.3) y mediante un osciloscopio se visualizan las señales eléctricas de una forma gráfica, las cuales pueden variar en el tiempo Fig. 1.2 (Anexo B.4). Por último, las fichas técnicas de los instrumentos se adjuntan en los anexos para conocer a detalle sus componentes y las funciones (Anexo B).
Figura 1. Instrumentos de medición y herramientas. Multímetro (1), Osciloscopio (2), Fuente de poder (3) (de izquierda a derecha).
B. Circuitos de Corriente Continua (DC) resistivos. En la Tabla 1 se relacionan los datos teórico y prácticos medidos en el laboratorio, junto con la tolerancia obtenida de acuerdo a las especificaciones con base a la literatura (Anexo B.5), para cada una de las resistencias utilizadas a lo largo del trabajo en los circuitos Serie, Paralelo y Mixto. Tabla 1. Valores resultantes de las Resistencias.
R1 R2 R3 R4 Resistencia práctico (KΩ) 0,976 1,77 4,64 8,16 Resistencia teórico (KΩ) 1 1,8 4,7 8,2 Rango 5% Tolerancia (Ω) [950 - 1050] [1750 - 1850] [4650 – 4750] [8150 – 8250]
Circuito Serie A continuación en la Fig. 2.1 se encuentra el diagrama esquemático del circuito en Serie con los respectivos valores obtenidos para el montaje en Serie. Se utiliza al software de análisis para circuitos electrónicos Proteus 8 Professional para cada uno de los montajes a estudiar en el informe (Anexo E). El programa que se utiliza es de gran importancia debido a que asemeja la manera en la que los datos pueden ser obtenidos de forma teórica y fundamentan la validez de estos; sin embargo, es importante aclarar que los valores apreciados en la representación de los circuitos difieren mínimamente por la apreciación de todos los números decimales estimados por el software.
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Figura 2. Diagrama del circuitos DC Serie (1), Paralelo (2) - simulado en Proteus (de izquierda a derecha).
En la Tabla 2 se suministran los datos obtenidos de manera práctica y teórica en relación a los conceptos fundamentales como Voltaje, Corriente y Potencia con su correspondiente error relativo que establece la concordancia entre los valores de cada uno; estos errores se deben a la des configuración encontrada en cada uno de los instrumentos utilizados. En este caso, la corriente para todo el circuito en serie es la misma para todas las resistencias; por otro lado, los voltajes para cada una de ellas difieren de acuerdo a lo que establece la Ley de Ohm (Anexo A). Finalmente; el circuito en Serie DC es evaluado absolutamente en la Tabla de valores propios del montaje (Anexo D.3). Tabla 2. Valores obtenidos de las variables Prácticas y Teóricas en Serie DC. Variables Voltaje Practico (V) Voltaje Teórico (V) Error Voltaje (%) Relativo Corriente Practico (mA) Corriente Teórica (mA) Error Corriente (%) Relativo Potencia Practico (mW) Potencia Teórico (mW) Error Potencia (%) Relativo
R1 1,19 1,2 0,84 1,2 1,2 0 1,428 1,44 0,008
R2 2,17 2,16 -0.46 1,2 1,2 0 2,604 2,592 0,004
R3 5.7 5,64 -1,05 1,2 1,2 0 6,84 6,768 0,01
Circuito Paralelo El segundo circuito a verificar es el Paralelo DC ilustrado en la Fig. 2.2 donde es posible validar las Leyes de Kirchhoff mencionadas anteriormente en la Introducción utilizadas para hallar los valores que se encuentran en la Tabla 3 además de los valores correspondientes para cada uno de las resistencias que conformaban el circuito (Anexo D.4). Sin embargo, es importante mencionar que los datos obtenidos se originan con base a la Resistencia Equivalente (Eq.) que difiere en su realización a diferencia del circuito en Serie DC.
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Tabla 3. Valores obtenidos de las variables Prácticas y Teóricas en Paralelo DC.
Variables Corriente Circuito Practico (mA) Corriente Circuito Teórico (mA) Error Corriente (%) Relativo Resistencia Eq. Practico (KΩ) Resistencia Eq. Teórico (KΩ) Error Resistencia Eq. (%) Relativo Potencia Practico Fuente (mW) Potencia Teórico Fuente (mW) Error Potencia (%) Relativo
Σ=Total 16,5 15,91 0,037 0,5655 0,564 0,001 149,24 143,28 0,04
Circuito Mixto Por ultimo; el circuito en Mixto DC Fig. 3 utiliza los cálculos que requieren los dos montajes analizados anteriormente en un solo circuito, unificando los conceptos es posible realizar el cálculo de las variables mencionadas en la Tabla 4 donde se encuentran los datos para cuatro Resistencias de diferente denominación que se organizaron en Serie y Paralelo, dando origen al montaje experimental Mixto de corriente continua. Se evidencia en las Resistencias R1 y R2 conectadas en Serie que poseen una misma corriente; y por otro lado, las Resistencias R3 y R4 ordenadas en Paralelo con un valor de Voltaje igual. Los valores absolutos obtenidos de este circuito se pueden evidenciar en los anexos (Anexo D.7).
Figura 3. Diagrama del circuito Mixto - simulado en Proteus.
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Tabla 4. Valores obtenidos de las variables Prácticas y Teóricas en Mixto DC.
Variables Voltaje Practico (V) Voltaje Teórico (V) Error Voltaje (%) Relativo Corriente Practico (mA) Corriente Teórica (mA) Error Corriente (%) Relativo Potencia Practico (mW) Potencia Teórico (mW) Error Potencia (%) Relativo
CONCLUSIONES
R1 1,547 1,56 0,008 1,57 1,56 0,006 2,42 2,43 0,004
R2 2,813 2,80 0,004 1,57 1,56 0,006 4,41 4,36 0,01
R3 4,71 4,64 0,012 1 0,99 0,01 4,71 4,59 0,02
R4 4,71 4,64 0,012 0,58 0,57 0,01 2,73 2,64 0,03
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REFERENCIAS Solórzano Arias, J. (2013). Propuesta para el mejoramiento de la Guía de Laboratorio de Electrotecnia. Obtenido de http://eie.ucr.ac.cr/: http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb2013/pb2013_006.pdf Salazar Gómez, A. (2007). 2. Leyes de voltajes y corrientes de Kirchhoff, Bogotá, Colombia: Universidad de los andes.
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ANEXOS Anexo A. Cálculos detallados. Anexo B. Procedimientos. Anexo C. Los diagramas esquemáticos. Anexo D. Hojas de datos. Anexo E. Archivo con las simulaciones realizadas en Proteus o Octave.
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Circuitos de Corriente Directa (DC) Muñoz Lozano, Elkin Camilo.1, Rojas Acosta, Gina.2, Cortés Pinzón, Juan Daniel.3 Universidad de Ibagué. Resumen: Este laboratorio tuvo como propósito general la identificación del comportamiento de los circuitos DC según su topología y cómo esta distribución de elementos puede afectar la cantidad de corriente, voltaje y resistencia. Por otro lado, en la práctica se identificaron los elementos necesarios para crear circuitos electrónicos DC; a realizar su respectivo montaje y el análisis de las características a lo que estos conllevan, también se aprende a realizar la correcta medición de las variables anteriormente mencionadas. Se evidencia que los datos obtenidos de manera práctica varían con respecto a los teóricos debido a la calibración que poseen los instrumentos de medición. Palabras claves: Corriente DC, ley de Kirchoff, ley de Ohm, Proteus, Resistencia equivalente.
1. Introducción Primeramente se pretende medir los voltajes y corrientes teniendo en cuenta las leyes Kirchhoff que propone la suma de los voltajes entrantes en un circuito es igual a las que salen del mismo; además, la suma de corrientes que entran en un nodo es igual a cero “Las leyes de voltajes y corrientes de Kirchhoff llamadas KVL y KCL respectivamente. KVL establece que la suma algebraica de las caídas de voltaje en una secuencia cerrada de nodos es cero. Así mismo KCL establece que la suma algebraica de corrientes que entran en un nodo es igual a cero” (Salazar, 2007, p.13). Junto con la Ley de Ohm que indica la diferencia de potencial V es igual a la corriente (I) multiplicado por la resistencia (R). Estas leyes se aplican para los circuitos que se trabajan en la práctica de laboratorio. Los instrumentos de medición y herramientas manuales que debe disponer un laboratorio de electrotecnia deben ser: Multímetro, Protoboard, Fuente de poder, Resistencias eléctricas, Caimanes de conexión y Osciloscopio, además de otros para la adecuada realización del presente laboratorio según lo pautado por la Universidad de Ibagué. A continuación, se presenta un análisis de las prácticas realizadas en el laboratorio de electrotecnia. Como la medición de Voltajes, Resistencias y Amperajes, junto con los análisis teóricos mediante ecuaciones de las leyes anteriormente nombradas para circuitos configurados en serie, paralelo y mixto.
2. Desarrollo de la práctica En la presente práctica de laboratorio se reconoce las herramientas que se utilizaron en el análisis de los circuitos. Posteriormente se procede a realizar el montaje de los circuitos en la protoboard conectándole la fuente de poder con corriente Directa DC. Una vez se tienen las conexiones de manera correcta se comienzan las mediciones del amperaje, voltaje y resistencia; con el fin de obtener los resultados prácticos de cada uno de los tres circuitos. Posteriormente se realiza la simulación de los tres circuitos en el programa Proteus con el fin de obtener los resultados teóricos.
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Elkin Camilo Muñoz Lozano, [email protected]. Gina Vanessa Rojas Acosta, [email protected]. 3 Juan Daniel Cortés Pinzón, [email protected]. 2
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A. Instrumentos y herramientas del laboratorio de Electrotécnia. Los instrumentos y herramientas que se usaron para la realización del laboratorio fueron: El Multímetro; el cual es usado para medir la diferencia de potencial eléctrico (Voltaje) en los circuitos; Fig. 1.1 (Anexo B.1). Los circuitos fueron montados en una protoboard la cual posee unos orificios conectados eléctricamente entre sí, siguiendo un patrón horizontal o vertical (Anexo B.2). Usando una Fuente de poder se suministró energía DC (Corriente Directa) a los circuitos; Fig. 1.3 (Anexo B.3) y mediante un osciloscopio se visualizan las señales eléctricas de una forma gráfica, las cuales pueden variar en el tiempo Fig. 1.2 (Anexo B.4). Por último, las fichas técnicas de los instrumentos se adjuntan en los anexos para conocer a detalle sus componentes y las funciones (Anexo B).
Figura 1. Instrumentos de medición y herramientas. Multímetro (1), Osciloscopio (2), Fuente de poder (3) (de izquierda a derecha).
B. Circuitos de Corriente Continua (DC) resistivos. En la Tabla 1 se relacionan los datos teórico y prácticos medidos en el laboratorio, junto con la tolerancia obtenida de acuerdo a las especificaciones con base a la literatura (Anexo B.5), para cada una de las resistencias utilizadas a lo largo del trabajo en los circuitos Serie, Paralelo y Mixto. Tabla 1. Valores resultantes de las Resistencias.
R1 R2 R3 R4 Resistencia práctico (KΩ) 0,976 1,77 4,64 8,16 Resistencia teórico (KΩ) 1 1,8 4,7 8,2 Rango 5% Tolerancia (Ω) [950 - 1050] [1750 - 1850] [4650 – 4750] [8150 – 8250]
Circuito Serie A continuación en la Fig. 2.1 se encuentra el diagrama esquemático del circuito en Serie con los respectivos valores obtenidos para el montaje en Serie. Se utiliza al software de análisis para circuitos electrónicos Proteus 8 Professional para cada uno de los montajes a estudiar en el informe (Anexo E). El programa que se utiliza es de gran importancia debido a que asemeja la manera en la que los datos pueden ser obtenidos de forma teórica y fundamentan la validez de estos; sin embargo, es importante aclarar que los valores apreciados en la representación de los circuitos difieren mínimamente por la apreciación de todos los números decimales estimados por el software.
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Figura 2. Diagrama del circuitos DC Serie (1), Paralelo (2) - simulado en Proteus (de izquierda a derecha).
En la Tabla 2 se suministran los datos obtenidos de manera práctica y teórica en relación a los conceptos fundamentales como Voltaje, Corriente y Potencia con su correspondiente error relativo que establece la concordancia entre los valores de cada uno; estos errores se deben a la des configuración encontrada en cada uno de los instrumentos utilizados. En este caso, la corriente para todo el circuito en serie es la misma para todas las resistencias; por otro lado, los voltajes para cada una de ellas difieren de acuerdo a lo que establece la Ley de Ohm (Anexo A). Finalmente; el circuito en Serie DC es evaluado absolutamente en la Tabla de valores propios del montaje (Anexo D.3). Tabla 2. Valores obtenidos de las variables Prácticas y Teóricas en Serie DC. Variables Voltaje Practico (V) Voltaje Teórico (V) Error Voltaje (%) Relativo Corriente Practico (mA) Corriente Teórica (mA) Error Corriente (%) Relativo Potencia Practico (mW) Potencia Teórico (mW) Error Potencia (%) Relativo
R1 1,19 1,2 0,84 1,2 1,2 0 1,428 1,44 0,008
R2 2,17 2,16 -0.46 1,2 1,2 0 2,604 2,592 0,004
R3 5.7 5,64 -1,05 1,2 1,2 0 6,84 6,768 0,01
Circuito Paralelo El segundo circuito a verificar es el Paralelo DC ilustrado en la Fig. 2.2 donde es posible validar las Leyes de Kirchhoff mencionadas anteriormente en la Introducción utilizadas para hallar los valores que se encuentran en la Tabla 3 además de los valores correspondientes para cada uno de las resistencias que conformaban el circuito (Anexo D.4). Sin embargo, es importante mencionar que los datos obtenidos se originan con base a la Resistencia Equivalente (Eq.) que difiere en su realización a diferencia del circuito en Serie DC.
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Tabla 3. Valores obtenidos de las variables Prácticas y Teóricas en Paralelo DC.
Variables Corriente Circuito Practico (mA) Corriente Circuito Teórico (mA) Error Corriente (%) Relativo Resistencia Eq. Practico (KΩ) Resistencia Eq. Teórico (KΩ) Error Resistencia Eq. (%) Relativo Potencia Practico Fuente (mW) Potencia Teórico Fuente (mW) Error Potencia (%) Relativo
Σ=Total 16,5 15,91 0,037 0,5655 0,564 0,001 149,24 143,28 0,04
Circuito Mixto Por ultimo; el circuito en Mixto DC Fig. 3 utiliza los cálculos que requieren los dos montajes analizados anteriormente en un solo circuito, unificando los conceptos es posible realizar el cálculo de las variables mencionadas en la Tabla 4 donde se encuentran los datos para cuatro Resistencias de diferente denominación que se organizaron en Serie y Paralelo, dando origen al montaje experimental Mixto de corriente continua. Se evidencia en las Resistencias R1 y R2 conectadas en Serie que poseen una misma corriente; y por otro lado, las Resistencias R3 y R4 ordenadas en Paralelo con un valor de Voltaje igual. Los valores absolutos obtenidos de este circuito se pueden evidenciar en los anexos (Anexo D.7).
Figura 3. Diagrama del circuito Mixto - simulado en Proteus.
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Tabla 4. Valores obtenidos de las variables Prácticas y Teóricas en Mixto DC.
Variables Voltaje Practico (V) Voltaje Teórico (V) Error Voltaje (%) Relativo Corriente Practico (mA) Corriente Teórica (mA) Error Corriente (%) Relativo Potencia Practico (mW) Potencia Teórico (mW) Error Potencia (%) Relativo
CONCLUSIONES
R1 1,547 1,56 0,008 1,57 1,56 0,006 2,42 2,43 0,004
R2 2,813 2,80 0,004 1,57 1,56 0,006 4,41 4,36 0,01
R3 4,71 4,64 0,012 1 0,99 0,01 4,71 4,59 0,02
R4 4,71 4,64 0,012 0,58 0,57 0,01 2,73 2,64 0,03
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REFERENCIAS Solórzano Arias, J. (2013). Propuesta para el mejoramiento de la Guía de Laboratorio de Electrotecnia. Obtenido de http://eie.ucr.ac.cr/: http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb2013/pb2013_006.pdf Salazar Gómez, A. (2007). 2. Leyes de voltajes y corrientes de Kirchhoff, Bogotá, Colombia: Universidad de los andes.
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ANEXOS Anexo A. Cálculos detallados. Anexo B. Procedimientos. Anexo C. Los diagramas esquemáticos. Anexo D. Hojas de datos. Anexo E. Archivo con las simulaciones realizadas en Proteus o Octave.
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