Universidad Nacional Autónoma De México Facultad De Estudios Superiores Cuautitlán Departamento de Ingeniería Sección Eléctrica
Manual de Prácticas de Laboratorio
Semestre
2019-II
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán
Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos Semestre 2019-II
REALIZACIÓN:
ING. ANGOA TORRES ANSELMO ING. CRUZ CASTILLO ELPIDIO ING.RAMÍREZ JUÁREZ RODRIGO ING. GERSENOWIES ROSAS JORGE RICARDO ING. ROMERO LÓPEZ ALFREDO
Lea con atención la presentación. Contiene información importante.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos Semestre 2019-II
PRESENTACIÓN.
La asignatura de Circuitos Eléctricos es la encargada de proporcionar el conocimiento teórico requerido para dominar las técnicas de análisis y mediante la realización de ejercicios, desarrollar habilidades para explicarse el funcionamiento de sistemas o componentes eléctricos.
La experimentación permite comprobar y reforzar el conocimiento que se utilizará en asignaturas subsecuentes.
El manual de prácticas que a continuación se presenta, tiene como objetivo principal que el estudiante de Ingeniería Eléctrica reafirme y demuestre sus conocimientos teóricos obtenidos durante el curso.
La práctica cero hace hincapié al alumno sobre las medidas de seguridad que debe de tenerse en el manejo de la energía eléctrica, así como el manejo de algunos instrumentos de medición o herramientas que se estarán empleando a lo largo del curso.
El manual se divide en dos partes, la primera sección se experimentará con Circuitos de corriente directa y en la segunda sección con Circuitos de Corriente alterna (Monofásicos y Trifásicos), aplicando en cualquiera de ellas las leyes y teoremas de los circuitos eléctricos.
Las prácticas pueden desarrollarse en una o dos sesiones según lo considere el profesor de laboratorio debido a la familiarización y destreza del alumno con el equipo.
Se incluye la utilización del manejo de la computadora como herramienta auxiliar para realizar simulaciones de los circuitos, donde el alumno podrá obtener los resultados simulados y hacer una comparativa con los datos teóricos antes de ingresar al laboratorio.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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CONTENIDO DE PRÁCTICAS.
Nombre de la práctica.
Objetivo.
Introducción.
Material. o
Equipo. o En cada práctica se indica el equipo proporcionado por el laboratorio.
Procedimiento. o
En cada Práctica se indica el material que el alumno deberá traer.
Secuencia de pasos sugerido para realizar el proceso experimental.
Tablas comparativas que deberán ser llenadas con los valores cálculos teóricos, simulados y medidos.
Cuestionario o Preguntas orientadas al proceso experimental y conocimiento teórico.
Bibliografía Sugerida
ENTREGA DEL REPORTE DE LA PRÁCTICA REALIZADA
Todo debe de entregarse escrita a mano con letra legible anexando la simulación de los circuitos realizados. Utilice hojas blancas tamaño carta no reciclada.
Nota: No se evaluarán si existen tachaduras, manchas, etc.
Contenido del reporte
Portada Información mínima requerida:
o Nombre de la institución
o Nombre de la dependencia o Departamento de Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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ingeniería o Sección eléctrica
o Nombre del laboratorio y grupo en curso
o Nombre del alumno
o Nombre del profesor
o Número y nombre de la práctica
o Fecha de elaboración
o Fecha de entrega
o Semestre en curso
Información a entregar Auxiliándose del procedimiento experimental el alumno deberá describir como se llevó a cabo la práctica anexando la siguiente información:
o Cálculos teóricos y simulación donde se solicite.
o Tablas de resultados teóricos, simulados y medidos.
o Cuestionario resuelto.
o Análisis de resultados.
o Comentarios y/o sugerencias.
o Referencias bibliográficas utilizadas.
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Índice
Práctica 0: Introducción al laboratorio de circuitos eléctricos.
Práctica 1: Divisor de voltaje y Divisor de corriente.
Práctica 2: Leyes de Kirchhoff.
Práctica 3: Teorema de superposición.
Práctica 4: Teorema de Thevenin, Norton y Transferencia máxima de Potencia.
Práctica 5: Uso del equipo de corriente alterna y forma de onda.
Práctica 6: Desfasamiento.
Práctica 7: Potencia Aparente, Real y Reactiva.
Práctica 8: Corrección de factor de potencia.
Práctica 9: Potencia trifásica.
Anexo 1.
Anexo 2.
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Práctica 0
Semestre 2019-II
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Práctica 0
INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO DE ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Para tener derecho a participar en la sesión es necesario complementar la introducción tal como se indica, en caso contrario no se permitirá que el alumno realice la práctica.
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
Concientizar al alumno acerca de la importancia de aplicar todas las medidas de seguridad necesarias en el laboratorio.
Instruir al alumno en el manejo del equipo e instrumentos empleados en el presente manual.
INTRODUCCIÓN: Seguridad en el laboratorio
A menudo se afirma que la corriente eléctrica es causante de cierta cantidad de muertes alrededor del mundo, pero, ¿es realmente la corriente lo que causa tan lamentables decesos? La mayor parte de las personas piensan que una descarga eléctrica de 10000 volts es más peligrosa que una descarga eléctrica de 100 volts, sin embargo, no lo es.
El efecto real que produce una descarga eléctrica depende de la intensidad de corriente (amperes) que fluyen a través del cuerpo humano, así como su resistencia eléctrica, la cual varía dependiendo de los puntos de contacto y de las condiciones de la piel (húmeda o seca), para la piel húmeda se considera un valor resistivo de 1000 Ω, mientras que para piel seca se consideran hasta 50000 Ω. El efecto fisiológico que causan algunas intensidades de corriente sobre el cuerpo humano se muestra en la figura 1. Nótese la ausencia de voltaje.
Figura 1.
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Explique qué es un accidente.
Mencione la diferencia entre accidente e incidente. Describa qué es un acto inseguro. Enliste el equipo de seguridad necesario para trabajar con corriente eléctrica en baja tensión (tensión menor a 1000 V).
Elementos Activos
Un elemento activo es un dispositivo capaz de suministrar voltaje a un circuito eléctrico. Existen diversas clasificaciones y tipos de fuentes de voltaje, entre las que se pueden mencionar las siguientes: De corriente directa: suministra una tensión que no alterna su polaridad en función del tiempo. De corriente alterna: Suministra una tensión que sí alterna su polaridad en función del tiempo. Fuentes de voltaje fijo: Suministra un nivel fijo de voltaje, el cual no se puede modificar. Fuentes de voltaje variable: Suministra un nivel de voltaje que se puede variar según se desee. Fuentes de corriente: Suministra un flujo de corriente constante al circuito. Fuentes independientes: Suministran un voltaje que no depende del nivel de corriente o tensión del circuito eléctrico.
Fuentes dependientes: Suministran un voltaje que es controlado por el voltaje o corriente que exista en determinado punto del circuito eléctrico.
Mencione las características constructivas y principio de funcionamiento de las fuentes de voltaje. Equipo de Medición Para la medición de magnitudes eléctricas hay dispositivos analógicos y digitales. Mencione las características constructivas y principio de funcionamiento del voltímetro, amperímetro, óhmetro y vatímetro.
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MATERIAL
2 Resistencias de 220Ω a ½ Watt (R1) 2 Resistencias de 100Ω a ½ Watt (R2) 2 Resistencias de 680Ω a ½ Watt (R3) 2 Resistencias de 120Ω a ½ Watt (R4) 2 Resistencias de 270Ω a ½ Watt (R5) 2 Resistencias de 1kΩ a ½ Watt (R6) 2 Pares de cables banana-caimán 1 Par de cables banana-banana 1 Tableta de conexiones (protoboard) Alambre para conexión calibre 22 o telefónico conductor
EQUIPO Fuente de alimentación BK PRECISION. Cables para la fuente de alimentación. Multímetro digital. Cables para el multímetro.
PROCEDIMIENTO 0. Fuente de alimentación. 0.1. Identifique l o s c o m p o n e n t e s d e l a fu e n t e d e a l i m e n t a c i ó n d e C o r r i e n t e D i r e c t a BK PRECISION 1672 de la figura 0.1.
Figura 0.1. Fuente de corriente directa BK PRECISION.
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- Inspeccione que no tenga un daño físico la fuente de alimentación: si presenta un daño físico reporte a su profesor. - Auxíliese de la figura 1. y observe que existen tres salidas de voltaje de corriente directa, una fija (FV3) y dos variables (FV1 y FV2).
- Las fuentes de alimentación variable proporcionan un voltaje de 0 a 32 V con una capacidad de suministrar corriente de 0 a 3 A. - Fuente de alimentación fija: el voltaje de salida es de 5 V con una capacidad máxima de 3 A.
0.2. Uso de la fuente de alimentación
Realice los siguientes pasos:
0.2.1. Revise que las perillas de control de salida de voltaje y corriente estén en posición extrema del sentido anti horario. 0.2.2. Oprima el botón de encendido de la fuente de alimentación, el display de voltaje y corriente de la fuentes FV1 y FV2 deben encenderse como se muestra en la figura 0.2.
Figura 0.2. 0.2.3. Gire la perilla de control de corriente de FV1 en sentido horario, el indicador LED cc deberá apagarse. Si no es así, FV1 ESTÁ DAÑADA y no podrá utilizarse.
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0.2.4. Realice el mismo procedimiento para FV2.
El suministro de corriente por la fuente está regulada por la rotación de la perilla, cuando la perilla es girada en el extremo del sentido horario proporcionará una corriente máxima de 3 A. En el desarrollo de las prácticas coloque la perilla aproximadamente a la mitad del giro completo.
0.2.5. Gire la perilla de voltaje de FV1 en sentido horario hasta que el display marque voltaje, realice lo mismo para FV2, los indicadores del display aparecerán como se muestran en la figura 0.3.
Figura 0.3.
. 0.2.7. Coloque la perilla de voltaje y corriente en cero.
0.2.8. Apague la fuente de alimentación.
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0.3. Multímetro
Un multímetro es un instrumento utilizado para medir Voltaje [V], Corriente [A], Resistencia [Ω], capacitancia entre otras funciones: como se ilustra en la figura 0.4
Botón para cambio CD↔CA
Botón de encendido
Perilla seleccionadora de variable a medir, en diferentes
Borne para medir Voltaje [V] o Resistencia [Ω] (Punta Roja)
Bornes para medir Corriente [A], .
Borne para punto común (Punta Negra)
Figura 0.4 Multímetro Steren.
Nota: En los laboratorios se cuenta con al menos tres diferentes tipos de marcas de multímetro.
0.4. Tableta de Conexiones
La tableta de conexiones sirve para montar y probar circuitos eléctricos en ella. Consta de una serie de puntos de conexión para introducir los elementos del circuito. Los puntos en posición vertical forman un punto en común (nodo) y los puntos en posición horizontal no forman parte de un mismo nodo, sino que son independientes. Cada columna representa un punto en común independiente.
La figura 0.5 indica cómo está conformada la tableta de conexiones.
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Figura 0.5 Tableta de conexiones Cada bus o nodo está formado por una lámina conductora, como se muestra en la
0.6.
Figura 0.6 0.5. Prueba de continuidad
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figura
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Este tipo de medición sirve para conocer si existe la continuidad de un punto a otro distante conectados entre sí en un circuito eléctrico. 0.5.1. Inserte el cable de color rojo del multímetro en el borne de V/ y el cable de color negro en el borne llamado COM. 0.5.2. Ajuste la perilla selectora del multímetro al indicador llamado continuidad
0.5.3. Arme el circuito de la figura 0.7 seleccionando los nodos correspondientes.
Figura 0.7
¿Una vez que se cierra el circuito de la figura 0.7 con el equipo de medición, se escucha algún sonido?
¿Por qué?
0.5.4. Realice la prueba de continuidad a su protoboard para determinar que los buses de voltaje y los nodos de trabajo sean continuos entre sí, guíese de la Figura 0.5 y 0.6.
0.5.5. Desconecte el equipo de medición. 0.6. Uso de la tableta
Sin utilizar la fuente de alimentación: arme los circuitos mostrados en las figuras 0.8, 0.9 y Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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0.10 en la tableta de conexiones de conexiones. Muestre las conexiones hechas a su profesor.
Figura 0.8 Circuito en paralelo
Figura 0.9 Circuito en serie
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Figura 0.10 Circuito mixto
Nota: Observe que el bus de voltaje + de su protoboard es usado como punto en común de varios elementos.
0.7. Prueba de resistencia óhmica
La resistencia óhmica de un componente eléctrico se realiza directamente como se muestra en la figura 0.11.
R
Figura 0.11
0.7.1. Inserte el cable de color rojo del multímetro en el borne de V/ y el cable de color negro Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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en el borne llamado COM.
0.7.2. Ajuste la perilla selectora del multímetro al indicador .
0.7.3. Arme el circuito de la figura 0.11 seleccionando los nodos correspondientes.
0.7.4. Seleccione la función de medición de resistencia ( ) en el multímetro y mida el valor resistivo de tres resistencias.
R1=
R2=
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R3=
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Nota: Si el multímetro cuenta con un rango, empiece ajustando el selector del valor más grande al valor más chico hasta obtener una lectura de medición adecuada. 0.7.5. Desconecte el equipo de medición.
0.8. Medición de Voltaje
0.8.1. En la tableta de conexiones arme el circuito que se muestra en la figura 0.12a
Figura 0.12a Circuito eléctrico
Figura 0.12b Medición de voltaje
0.8.2. Inserte el cable de color rojo del multímetro en el borne de V/ y el cable de color negro en el borne llamado COM.
0.8.3. Ajuste la perilla selectora del multímetro al indicador V.
0.8.4. Ponga las puntas del multímetro como se muestra en la 0.13 y realice la medición.
V=
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Figura 0.13. Medición de corriente directa
Invierta la colocación de las puntas y mida. V=
Anote sus comentarios.
El voltaje se mide entre dos puntos, no hay necesidad de abrir una parte del circuito.
0.8.5. Apague la fuente de alimentación. 0.2. Medición de corriente directa
Para medir la corriente directa que circula por un conductor realice lo siguiente:
Coloque la perilla del multímetro en A o mA – µA, según sea la magnitud de la corriente a medir (si desconoce la magnitud de la corriente utilice A).
Sin energizar el circuito arme el circuito que se muestra en la figura 0.14., obsérvese que el amperímetro se encuentre conectado en serie al elemento que se requiere conocer su corriente.
Figura 0.14a.
Figura 0.14b.
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La punta de medición de color rojo debe insertarse en el borne indicado para medir A o mA-µA (signo positivo +) y la punta de color negro en el borne llamado COM (signo negativo -). Nota: Si no conoce el valor de la corriente a medir utilice la escala de mayor magnitud y reduzca la escala hasta que se obtenga una lectura clara Energice el circuito y observe la pantalla del multímetro, anote el valor de la corriente:
I=
Nota: Si el multímetro no muestra un valor repórtelo al profesor.
Apague l a f u e n t e d e a l i m e n t a c i ó n , i n v i e r t a la c o l o c a c i ó n d e l a s p u n t a s d e medición y nuevamente mida. I=
Anote sus comentarios.
El amperímetro se conecta en serie al elemento al cual se desea conocer su intensidad eléctrica.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es la diferencia entre una fuente ideal de voltaje y una fuente real de voltaje? 2. ¿Qué determina la cantidad de energía que puede suministrar una fuente de alimentación de corriente directa? 3. ¿Qué determina la cantidad de energía que puede suministrar una pila?
4. Mencione los niveles de voltaje de corriente directa que se utilizan en 5 dispositivos. 5. ¿Cuáles son las características de funcionamiento del amperímetro? 6. ¿Cuáles son las características de funcionamiento del voltímetro? 7. ¿Cuáles son las características de funcionamiento del óhmetro?
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8. Indique cual es la simbología normalizada que se usa para los siguientes elementos:
resistencia, fuente de voltaje, fuente de corriente, amperímetro, voltímetro, óhmetro.
BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA Charles K. Alexander.; Fundamentos de Circuitos Eléctricos, 3ª edición, ed. Mc. Graw Hill; 2006. Dorf, Richard y Svoboda. James, Circuitos Eléctricos, 6ª Edición, Alfaomega 2007. Hayt Jr, William H.; Kemmerly; Jack E.; Durbin, Steven M. Análisis De Circuitos En Ingeniería. 7ª Edición. Mc Graw Hill; 2007. J. David Irwin, Análisis Básico en Ingeniería, 5ª edición, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. 2007. James W. Nilsson.; Circuitos Eléctricos, 7ª edición, ed. Pearson; 2006. Boylestad, Robert R; Nashelsky, Louis, Electrónica: Teoría De Circuitos Y
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Práctica 1
Semestre 2019-II
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Práctica 1
DIVISOR DE VOLTAJE Y DIVISOR DE CORRIENTE Para tener derecho a entrar a laboratorio es requisito presentar los cálculos teóricos de cada uno de los circuitos de la práctica, así como sus simulaciones, además complementar la introducción y traer el circuito armado.
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA Aplicar el divisor de voltaje en un circuito de corriente directa. Aplicar el divisor de corriente en un circuito de corriente directa. Sobrecarga
INTRODUCCIÓN
Ley de Ohm
El flujo de la carga eléctrica que circula por un conductor es debido al voltaje aplicado a un elemento resistivo, la magnitud de la corriente eléctrica es igual al valor del voltaje e inversamente proporcional al valor resistivo y fue expresada por el físico matemático alemán George Simón Ohm. Escriba la expresión matemática que expresa la Ley de Ohm. Defina el concepto de circuito eléctrico.
Divisor de voltaje
Circuito serie
Es un circuito eléctrico donde los elementos activos y pasivos se encuentran conectado uno seguido de otros sin que exista un elemento entre ellos.
Ve +
+ V1 ‐ + V2 ‐
‐
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+ Vn ‐
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Donde la sumatoria de voltajes que existe en cada elemento es igual al voltaje fuente.
V V1 V2 …...Vn
Se puede conocer el voltaje de uno o más elementos conectados en serie utilizando la expresión de divisor de voltaje.
Exprese la ecuación general del divisor de voltaje.
Divisor de corriente
Circuito en paralelo. Es un circuito eléctrico donde n elementos se encuentran conectados entre dos puntos en común.
I
I1
I2
In
+
‐
Donde la sumatoria de corrientes que existe en cada elemento es igual a la corriente total suministrada.
I i1 i2 ... in
Se puede conocer la corriente de uno o más elementos conectados en paralelo utilizando la expresión de divisor de corrientes.
Exprese la ecuación general del divisor de corriente.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Ley de Joule
Es la energía absorbida por un elemento conductor cuando fluye una corriente eléctrica manifestándose en energía calorífica. Fue planteada por el físico ingles James Prescott Joule.
Mencione las consecuencias del efecto Joule.
¿Existe una manera de reducir las pérdidas eléctricas causadas por el efecto Joule?
ACTIVIDADES PREVIAS Lea la Práctica completa. Realice el análisis de los siguientes circuitos: C i r c u i t o de la figura 1.2, calculando el valor del voltaje y potencia disipada de cada
uno de los elementos resistivos para cada uno de los puntos de la tabla 1.2.
Circuito de la figura 1.3, calculando el valor de las resistencias totales para cada uno de
los puntos de la tabla 1.3. Circuito de la figura 1.5, calculando los valores de corrientes para cada uno de los puntos
de la tabla 1.4. Circuito de la figura 1.6, calculando los valores de corrientes para cada uno de los puntos
de la tabla 1.5
Realice la simulación de cada uno del circuito indicados en los puntos anteriores.
Los circuitos deben de estar armados en la tableta de conexiones antes de ingresar al laboratorio.
Material
2 Resistencias de 220Ω a ½ Watt (R1)
3 Resistencias de 100Ω a ½ Watt (R2), (R7), (R8), (R9)
2 Resistencias de 680Ω a ½ Watt (R3)
2 Resistencias de 120Ω a ½ Watt (R4)
2 Resistencias de 270Ω a ½ Watt (R5)
1 Potenciómetro de 1KΩ
Fusible de 200mA tipo americano
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Porta fusible tipo abrazadera
2 Pares de cables banana-caimán
1 Par de cables banana-banana
Alambre para conexión calibre 22 o telefónico
1 Tableta de conexiones
EQUIPO
Fuente de alimentación
Multímetro
PROCEDIMIENTO 1. Resistencias conectadas en serie
1.1. Para el circuito de la figura 1.1: mida y registre en la tabla 1.1 el valor resistivo en los puntos indicados.
a
b
a
b
c
c
d
f
e
d
c
Figura 1.1
f Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Puntos ab bc cd de ef ac bd
Valor medido (Ω)
Valor nominal (Ω)
Puntos ce df ad be cf ae bf
Valor medido (Ω)
Valor nominal (Ω)
Tabla 1.1
1.2. Divisor de voltajes 1.2.1. Energice el circuito de la figura 1.2 con un voltaje de 9 VCD, mida y registre en la tabla
1.2 los voltajes que se indican en ella.
Figura 1.2
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Nota: Recuerde antes de encender la fuente de alimentación coloque la perilla de corriente a la mitad de su giro completo.
𝑉a
Valor Valor Valor calculado simulado medido (V) (V) (V)
𝑉b
𝑉c
𝑉d
Voltaje (V)
Valor simulado (V)
Valor medido (V)
𝑉ef
𝑉ac
𝑉bd
𝑉ce
𝑉e
𝑉df
𝑉ab
𝑉ad
𝑉bc
𝑉be
𝑉cd
𝑉ae
𝑉de
𝑉bf
Valor calculado (V)
Voltaje (V)
Tabla 1.2 1.2.2. Apague la fuente de voltaje, dejando la perilla de voltaje completamente en cero. 1.3. Resistencias en paralelo
1.3.1. Arme el circuito de la figura 1.3., mida y registre el valor resistivo de los elementos en la tabla 1.3. Abra y cierre los interruptores según sea el caso.
Figura 1.3
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Puntos
Valor Valor Valor Puntos calculado simulado medido (Ω) (Ω) (Ω) R34
Valor calculado (Ω)
Valor simulado (Ω)
Valor medido (Ω)
R45
R123
R234
R345
R12
R2345
R23
R12345
R1 R2
R3
R4
R5
Tabla 1.3
1.4. Divisor de corrientes 1.4.1. Arme y energice el circuito de la figura 1.4 ajustando el voltaje hasta obtener una corriente de 150mA.
Figura 1.4
Voltaje de la fuente:
.
1.4.2. Apague la fuente de alimentación. 1.4.3. Mida las corrientes indicadas a continuación (Figura 1.5) y registre sus mediciones en la tabla 1.4.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Figura 1.5
Nota: Solo se empleará un amperímetro para tomar todas las mediciones, es decir el amperímetro cambiara de posición en cada medición. Antes de cambiar el amperímetro apague la fuente de alimentación.
Corrientes
I1 I2 I3 I4
Valor Valor calculado simulado (mA) (mA)
Valor medido (mA)
Corrientes
I5 Ia Ib Ic
Valor Valor calculado simulado (mA) (mA)
Valor medido (mA)
Tabla 1.4 1.4.4. Apague la fuente de alimentación.
1.5. Sobrecarga
1.5.1. Arme y energice el circuito de la figura 1.6. Mida y registre en la tabla 1.5 la corriente que circulara por el fusible para cada valor resistivo del potenciómetro indicado en la tabla 1.5.
Resistencia Corriente
1 kΩ
800 Ω
600 Ω
400 Ω
200 Ω
Tabla 1.5
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
100Ω
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Nota: La intención es observar el hilo metálico del fusible ponerse al rojo vivo, así que, si pasados dos minutos el fusible no se ha abierto, disminuya lentamente la resistencia del potenciómetro. Si el fusible continúa sin abrirse al cabo de 2 minutos posteriores al último ajuste de la resistencia, reduzca a cero el voltaje de la fuente y apáguela. Realice las observaciones que considere convenientes
Figura 1.6
CUESTIONARIO
1. Con los voltajes medidos en la tabla 1.2, calcule la potencia disipada de cada uno de los elementos resistivos. Realice una tabla comparativa entre la potencia calculada con los datos teóricos y la calculada con los experimentalmente 2. Calcule la potencia suministrada por la fuente del circuito 1.2. Compárela con la sumatoria de cada una de las potencias calculadas en el punto anterior. Escriba sus comentarios. 3. Considere que el circuito de la figura 1.4 trabajo durante 4 horas, calcule la energía en joule y calorías consumidas por cada elemento, así como la total. 4. Con las corrientes medidas en la tabla 1.4 calcule la potencia disipada, por cada elemento resistivo, y realice una tabla comparativa entre los datos teóricos y experimentales. 5. Calcule la potencia suministrada del circuito de la figura 1.4 y compárela con la sumatoria de las potencias calculadas en la pregunta 4. 6. Considere que el circuito de la figura 1.4 trabajo durante 4 horas, calcule la energía en joule y calorías consumidas por cada elemento, así como la total. 7. ¿Qué es la conductancia?
8. Sustituya los valores resistivos del circuito de la figura 1.2 por sus valores de conductancia equivalentes y calcule los voltajes para cada resistor. Compare sus valores con los calculados empleando resistencias.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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9. Sustituya los valores resistivos del circuito de la figura 1.4 por sus valores de conductancia equivalentes y calcule los voltajes para cada resistor. Compare sus valores con los calculados empleando resistencias. 10. ¿Qué es un valor nominal y cuál es la importancia de este?
BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA
Charles K. Alexander.; Fundamentos de Circuitos Eléctricos, 3ª edición, ed. Mc. Graw Hill; 2006. Dorf, Richard y Svoboda. James, Circuitos Eléctricos, 6ª Edición, Alfaomega 2007. Hayt Jr, William H.; Kemmerly; Jack E.; Durbin, Steven M. Análisis De Circuitos En Ingeniería. 7ª Edición. Mc Graw Hill; 2007. J. David Irwin, Análisis Básico en Ingeniería, 5ª edición, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. 2007. James W. Nilsson.; Circuitos Eléctricos, 7ª edición, ed. Pearson; 2006. Boylestad, Robert R; Nashelsky, Louis, Electrónica: Teoría De Circuitos Y Dispositivos Electrónicos.: Pearson- Prentice Hall, 2003. Thomas L. Floyd.; Principios de circuitos eléctricos, ed. Pearson; 2007
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
Práctica 2
Semestre 2019-II
Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos Semestre 2019-II
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Práctica 2
LEYES DE KIRCHHOFF
Para tener derecho a entrar a laboratorio es requisito presentar los cálculos teóricos de cada uno de los circuitos de la práctica, así como sus simulaciones, además complementar la introducción y traer el circuito armado.
OBJETIVOS DE LA PRACTICA Comprobar experimentalmente que en una trayectoria cerrada, la suma de los voltajes de cada uno de los elementos es cero. Comprobar que en cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran o salen es cero.
INTRODUCCIÓN Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, mientras aún era estudiante. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de la corriente y el potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía.
Ley de Corrientes de Kirchhoff (L.C.K) La sumatoria de corrientes que entran y salen de un nodo es igual a cero.
Detalle el procedimiento para aplicar la ley de corrientes de Kirchhoff. Escriba la ecuación que generaliza la ley de corrientes de Kirchhoff.
Ley de Voltajes de Kirchhoff (L.V.K) En una trayectoria cerrada la sumatoria de voltajes que tiene cada elemento es igual a cero.
Detalle el procedimiento para aplicar la ley de voltaje de Kirchhoff. Escriba la ecuación que generaliza la ley de voltajes de Kirchhoff.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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ACTIVIDADES PREVIAS
Leer la práctica completa. Realice el análisis teórico requerido y la simulación para obtener los parámetros solicitados
en esta práctica (V, I, Req, P, etc.). Los circuitos deben de estar armados en la tableta de conexiones antes de ingresar al laboratorio.
MATERIAL
2 Resistencias de 220Ω a ½ Watt (R1) 2 Resistencias de 100Ω a ½ Watt (R2) 2 Resistencias de 680Ω a ½ Watt (R3) 2 Resistencias de 120Ω a ½ Watt (R4) 2 Resistencias de 270Ω a ½ Watt (R5) 2 Resistencias de 1kΩ a ½ Watt (R6) 2 Resistencias de 330Ω a ½ Watt (R7) 2 Pares de cables banana-caimán 1 Par de cabes banana-banana Alambre para conexión 1 Tableta de conexiones
EQUIPO
Fuente de alimentación Multímetro
PROCEDIMIENTO 2. Ley de corrientes de Kirchhoff
2.1. Mida el valor resistivo de cada elemento sacándolo de la tableta de conexiones y registre los datos en la tabla 2.1
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Figura 2.1
Figura 1.1
Elemento
Valor nominal (Ω)
R1 R 2 R 3 R 4
Valor medido (Ω)
Elemento R5 R6 R7 -----------------
Valor nominal (Ω)
----------------
Valor medido (Ω)
----------------
Tabla 2.1
2.2. Identifique en la tableta de conexiones los nodos que se indican en la figura 2.1.
2.3. Energice el circuito colocando FV1 =5V Y FV2=5V y mida todos los voltajes nodales tomando como referencia el nodo c. Registre sus valores en la tabla 2.1.2
Nodo
Valor calculado (V)
Valor simulado (V)
Valor medido (V)
𝑉a
𝑉b
𝑉d
𝑉e
Tabla 2.2 2.4. Apague la fuente de alimentación
2.5. Cambie el nodo de referencia al nodo “d” y repita el punto 2.2. Registre sus valores en la tabla 2.3. Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Nodo
Valor calculado (V)
Valor simulado (V)
Valor medido (V)
𝑉a
𝑉b
𝑉c
𝑉e
Tabla 2.3
2.6. Apague la fuente de alimentación 2.7. A continuación, se medirá la corriente 𝐼1, como se muestra en la figura 2.2. Encienda la fuente de alimentación y registre la medición. Corriente 𝐼1 (mA):
Figura 2.2 2.8. Apague la fuente de alimentación. 2.9. Repita los pasos 2.7 y 2.8 para medir las corrientes de cada rama en cada uno de los nodos, tal como se indica en la figura 2.3. Registre las mediciones en las tablas 2.4, 2.5, 2.6 y 2.7 NOTA: Asegúrese de que el circuito no esté alimentado antes de cambiar de posición el amperímetro.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Figura 2.3
NODO a
𝐼1
NODO b
𝐼2 (mA)
𝐼5 (mA)
Prácticos
Prácticos
Teóricos
Teóricos
Simulados
Simulados
(mA)
Tabla 2.4
𝐼2
𝐼3
(mA)
𝐼8
(mA)
(mA)
Tabla 2.5
NODO c
𝐼3
(mA)
𝐼4
(mA)
𝐼6
Prácticos
Teóricos
Simulados
Tabla 2.6
NODO d (mA)
𝐼1
(mA)
𝐼4
(mA)
𝐼5
Prácticos
Teóricos
Simulados
Tabla 2.7
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(mA)
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3. Ley de voltajes de Kirchhoff 2.3.1. Identifique en su tableta de conexiones las mallas indicadas en la figura 3.1.
Figura 3.1 2.3.2. Energice el circuito y proceda a medir las corrientes de malla de acuerdo con la dirección indicada en la figura 3.1. Registre sus mediciones en la tabla 3.1
NOTA: Considere la medición de la corriente de malla en sentido horario. Apague la fuente de alimentación.
Malla Corriente
I
II
III
IV
Tabla 3.1.
2.3.3. Apague la fuente de alimentación. 2.3.4. Energice el circuito y proceda a medir los voltajes de malla de acuerdo con la prioridad indicada en la figura 3.1. Registre sus mediciones en las tablas 3.1, 3.2, 3.3 y 3.4
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Malla I
𝐹
𝑉
𝑉
𝑉
𝑉
(V)
(V)
(V)
(V)
(V)
Práctico
Teórico
Simulado
𝑉1
𝑅1
𝑅2
𝑅3
Malla II 𝐹 𝑉
𝑅4
𝑉2
𝑉
𝑅2
𝑅5
(V)
(V)
(V)
Práctico
Teórico
Simulado
Tabla 3.2
Tabla 3.3
Malla III 𝐹 𝑉
𝑉2
𝑅3
Malla IV
𝑉
V
𝑉
𝑉R
(V)
(V)
(V)
R4
𝑅6
𝑅6
5
(V)
(V)
(V)
Práctico
Práctico
Teórico
Teórico
Simulado
Simulado
Tabla 3.4
Tabla 3.5
2.3.5. Apague la fuente de alimentación.
CUESTIONARIO
1. Defina: nodo, nodo común, voltaje de nodo, malla y corriente de malla. 2. Compare ventajas y desventajas encontradas en la realización del circuito al aplicar la Ley de Voltajes de Kirchhoff y la Ley de Corrientes de Kirchhoff. 4. ¿Por qué en algunos nodos se obtuvo corrientes negativas? 5. ¿Por qué en algunos nodos se obtuvo voltajes nodales negativas? 6. Realic e sus conclusiones comparando los voltajes nodales registrados en la tabla 2.2 y 2.3 7. Compruebe la Ley de Corrientes de Kirchhoff utilizando las mediciones experimentales registradas en las tablas 2.4, 2.5, 2.6 y 2.7. Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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8. Utilizando las corrientes de rama medidos: compruebe que la potencia total disipada por las resistencias es igual a la potencia suministrada por las fuentes. 9. Con las mediciones experimentales de la tabla 3.1 obtenga la corriente de cada rama 10. Compruebe la Ley de Voltajes de Kirchhoff utilizando los resultados experimentales registrados en las tablas 3.2, 3.3, 3.4 y 3.5
BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA
Charles K. Alexander.; Fundamentos de Circuitos Eléctricos, 3ª edición, ed. Mc. Graw Hill; 2006. Dorf, Richard y Svoboda. James, Circuitos Eléctricos, 6ª Edición, Alfaomega 2007. Hayt Jr, William H.; Kemmerly; Jack E.; Durbin, Steven M. Análisis De Circuitos En Ingeniería. 7ª Edición. Mc Graw Hill; 2007. J. David Irwin, Análisis Básico en Ingeniería, 5ª edición, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. 2007. James W. Nilsson.; Circuitos Eléctricos, 7ª edición, ed. Pearson; 2006. Boylestad, Robert R; Nashelsky, Louis, Electrónica: Teoría De Circuitos Y Dispositivos Electrónicos.: Pearson- Prentice Hall, 2003. Thomas L. Floyd.; Principios de circuitos eléctricos, ed. Pearson; 2007
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Práctica 3
Semestre 2019-II
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Practica 3
TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN
Para tener derecho a entrar a laboratorio es requisito presentar los cálculos teóricos de cada uno de los circuitos de la práctica, así como sus simulaciones y además de traer el circuito armado.
OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente el cumplimiento del teorema de superposición.
INTRODUCCIÓN El principio de superposición establece que la tensión entre los extremos (o corriente a través) de un elemento de un circuito lineal es la suma algebraica de las tensiones (o corrientes) a través de ese elemento debidas a cada una de las fuentes independientes cuando actúa sola.
El principio de superposición ayuda a analizar un circuito lineal con más de una fuente independiente mediante el cálculo de la contribución de cada fuente independiente por separado.
Exprese matemáticamente el teorema de superposición.
Defina un circuito lineal.
De ejemplos en donde se aplique el teorema de superposición.
ACTIVIDADES PREVIAS Lea la práctica completa Realice el análisis teórico requerido y la simulación para obtener los parámetros solicitados
en esta práctica (V, I, P, etc.). Los circuitos deben de estar armados en la tableta de conexiones antes de ingresar al laboratorio.
MATERIAL
2 Resistencias de 220Ω a ½ Watt (R1)
2 Resistencias de 100Ω a ½ Watt (R2)
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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2 Resistencias de 680Ω a ½ Watt (R3)
2 Resistencias de 120Ω a ½ Watt (R4) 2 Resistencias de 270Ω a ½ Watt (R5) 2 Resistencias de 1KΩ a ½ Watt (R6) 2 Pares de cables banana-caiman 1 Par de cabes banana-banana Alambre para conexión 1 Tableta de conexiones
EQUIPO Fuente de alimentación Multímetro
PROCEDIMIENTO 3. Energice el circuito suministrando un voltaje de 5Vcd para ambas fuentes. 3.1. Mida el voltaje de cada elemento respetando la polaridad asignada en la figura 3.1 y registre sus mediciones en la tabla 3.1
Figura 3.1
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𝑉
1
Valor teórico Valor simulado Valor medido
𝑉
𝑉
2
𝑉
𝑉
3
𝑉
𝑉
4
𝑉
𝑉
5
𝑉
𝑉
6
𝑉
Tabla 3.1
3.2. Apague ambas fuentes de alimentación 3.3. Conecte el amperímetro para medir la corriente I1 tal como se muestra en la figura 3.2.
Figura 3.2 3.4. Encienda la fuente de alimentación y registre la medición en la tabla 3.2
𝐼
Valor teórico Valor simulado Valor medido
1
(mA) 𝐼
2
(mA) 𝐼
3
(mA) 𝐼
4
(mA) 𝐼
5
(mA) 𝐼
Tabla 3.2
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6
(mA)
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3.5. Apague ambas fuentes de alimentación.
3.6. Repita los pasos 3.3. al 3.5. para las corrientes indiadas en la tabla 3.2. 3.7. Apague ambas fuentes de alimentación. 3.8. Desconecte la fuente FV1 y coloque un conductor para cerrar el circuito, como se muestra en la figura 3.3.
Figura 3 .3
3.9. Mida y registre en la tabla 3.3 y 3.4 los valores correspondientes.
𝑉
Valor teórico Valor simulado Valor medido
1
𝑉
𝑉
2
𝑉
𝑉
3
𝑉
𝑉
4
𝑉
𝑉
5
𝑉
𝑉
Tabla 3.3
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
6
𝑉
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𝐼1 (mA)
𝐼2 (mA)
Valor teórico Valor simulado Valor medido
𝐼3 (mA)
𝐼4 (mA)
𝐼5 (mA)
𝐼6 (mA)
Tabla 3.4
3.10 Ahora conecte la fuente FV1 y sustituye la fuente FV2 por un conductor, como se muestra en la figura 3.5.
Figura 3.5
3.11 Mida y registre en la tabla 3.5 y 3.6 los valores correspondientes.
𝑉
Valor teórico Valor simulado Valor medido
1
𝑉
𝑉
2
𝑉
𝑉
3
𝑉
𝑉
4
𝑉
𝑉
5
𝑉
𝑉
Tabla 3.5
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
6
𝑉
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𝐼1 (mA)
Valor teórico Valor simulado Valor medido
𝐼2 (mA)
𝐼3 (mA)
𝐼4 (mA)
𝐼5 (mA)
𝐼6 (mA)
Tabla 3.6 3.12. Apague la fuente de alimentación.
CUESTIONARIO
1. Sume los voltajes de los elementos resistivos registrados en las tablas 3.3 y 3.5, es decir, los voltajes aportados por cada fuente y compárelos con los registrados en la tabla 3.1 2. Sume las corrientes de los elementos resistivos registrados en las tablas 3.4 y 3.6, es decir, las corrientes aportadas por cada fuente y compárelas con los registrados en la tabla 3.2. 3. Con los valores de voltaje medidos en la tabla 3.3 y los voltajes medidos de la tabla 3.5, calcule la potencia disipada por cada elemento resistivo. 3. utilice los valores de corriente medidos de la tabla 3.2 y calcule la potencia de cada elemento 4. Calcule la potencia disipada por cada elemento al apagar la fuente FV2 empleando los valores medidos de la tabla 3.4. 5. Calcule la potencia disipada por cada elemento al apagar la fuente FV1 empleando los valores medidos de la tabla 3.6. 6. Sume las potencias calculadas de cada elemento en los puntos 4 y 5 del cuestionario. Compare su resultado con los obtenidos en el punto 3 y 4 del mismo. ¿Son iguales? Explique por qué.
BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA
Charles K. Alexander.; Fundamentos de Circuitos Eléctricos, 3ª edición, ed. Mc. Graw Hill; 2006. Dorf, Richard y Svoboda. James, Circuitos Eléctricos, 6ª Edición, Alfaomega 2007. Hayt Jr, William H.; Kemmerly; Jack E.; Durbin, Steven M. Análisis De Circuitos En Ingeniería. 7ª Edición. Mc Graw Hill; 2007.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán
Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos Semestre 2019-II
J. David Irwin, Análisis Básico en Ingeniería, 5ª edición, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. 2007. James W. Nilsson.; Circuitos Eléctricos, 7ª edición, ed. Pearson; 2006. Boylestad, Robert R; Nashelsky, Louis, Electrónica: Teoría De Circuitos Y Dispositivos Electrónicos.: Pearson- Prentice Hall, 2003. Thomas L. Floyd.; Principios de circuitos eléctricos, ed. Pearson; 2007
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
Práctica 4
Semestre 2019-II
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Practica 4
TEOREMA DE THÉVENIN, NORTON Y TRANSFERENCIA MÁXIMA DE POTENCIA. Para tener derecho a entrar a laboratorio es requisito presentar los cálculos teóricos de cada uno de los circuitos de la práctica, así como sus simulaciones y además el circuito armado.
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA Comprobar experimentalmente el cumplimiento de los teoremas de Thevenin y Norton. Hallar los circuitos equivalentes de Thévenin y Norton del circuito eléctrico propuesto. Obtener la transferencia de potencia de un circuito eléctrico al variar la resistencia de carga.
INTRODUCCIÓN
Teorema de Thévenin
El teorema de Thévenin establece que una parte de un circuito eléctrico lineal puede remplazarse por un circuito equivalente conformado por una fuente de voltaje en serie con una resistencia, de tal modo que al conectar una carga al circuito equivalente de Thévenin, la corriente que fluye a través de la carga y la caída de tensión que ésta provoca son iguales a las que ocurren en el circuito original.
Explique el procedimiento para obtener el circuito equivalente de Thévenin.
Teorema de Norton
Este teorema es análogo al teorema de Thévenin, con la diferencia de que el circuito equivalente no está compuesto por una fuente de voltaje y una resistencia en serie, sino por una fuente de corriente y una resistencia en paralelo.
Explique el procedimiento para obtener el circuito equivalente de Norton.
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos Semestre 2019-II
Teorema de transferencia Máxima de Potencia
“La transferencia máxima de potencia es cuando la resistencia de carga es igual a la resistencia
equivalente”.
Defina el concepto de resistencia de fuente.
Mencione la utilidad del teorema de transferencia máxima de potencia.
ACTIVIDADES PREVIAS
Realice la lectura completa de la práctica
Realice el análisis requerido y la simulación para obtener los parámetros solicitados en esta
práctica (V, I, P, etc.). Los circuitos deben de estar armados en la tableta de conexiones antes de ingresar al laboratorio.
MATERIAL
2 Resistencias de 220Ω a ½ Watt (R1)
2 Resistencias de 100Ω a ½ Watt (R2)
2 Resistencias de 680Ω a ½ Watt (R3)
2 Resistencias de 120Ω a ½ Watt (R4)
2 Resistencias de 270Ω a ½ Watt (R5)
2 Resistencias de 1K Ω a ½ Watt (R6)
2 Resistencias de 330Ω a ½ Watt (R7)
1 Potenciómetro de 1K Ω (𝑅𝐿)
2 Pares de cables banana-caimán
1 Par de cabes banana-banana
Alambre para conexión
1 Protoboard
EQUIPO
Fuente de alimentación Multímetro
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
Laboratorio de Análisis de Circuitos Eléctricos Semestre 2019-II
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PROCEDIMIENTO
Figura 4.1
4. Teorema Thévenin 4.1 Energice el circuito de la figura 4.2 suministrando voltaje en Fv1= 5 V y en Fv2= 5 V
4.2 Mida el voltaje de Thévenin del nodo a al nodo d, tal como se indica en la figura 4.2 y anótelo en la tabla 4.1.
Figura 4.2
Voltaje calculado (V)
Voltaje medido (V)
Voltaje simulado (V)
Tabla 4.1 Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Nota: Tome en cuenta la polaridad del voltaje de Thévenin.
4.3 Apague la fuente de alimentación. 4.4 Sustituya las fuentes de voltaje por un conductor, coloque el multímetro en la función de óhmetro y mida la resistencia equivalente del nodo a al nodo d como se indica en la figura 4.3, registre en la tabla 4.2
Figura 4.3
Req simulada (Ω) Req medida (Ω)
Req calculada (Ω)
Tabla 4.2
4.2. Teorema de Norton 4.2.1 Coloque multímetro en la función de amperímetro y seleccione la escala apropiada.
4.2.2 Energice el circuito, suministrando voltaje en ambas fuentes. 4.2.3 Mida la corriente de Norton, también conocida como corriente de corto circuito, del nodo a al nodo d, tal como se muestra en la figura 4.3 y regístrela en la tabla 4.3
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas
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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán
Tabla 2.1
Figura 4.4
2.4 Apague la fuente de alimentación.
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4.3. Corrientes que contribuyen al corto circuito. 4.3.1 Sustituya el amperímetro que se muestra en la figura 4 .4 por un conductor, tal como se muestra en la figura 4.5.
Figura 4.5 4.3.2 Identifique las corrientes que contribuyen al corto circuito en el nodo a.
4.3.3 Mida las corrientes identificadas respetando la polaridad indicada en la figura 3.2 y regístrelas en la tabla 4.4
IN calculada
IN simulada
IN medida
Tabla 4.3.
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Figura 3.2
I1 (mA)
I2 (mA)
I4 (mA)
Tabla 4.4 4.3.4 Apague la fuente de alimentación.
4.4 Transferencia Máxima de Potencia
4.4.1 Arme el circuito mostrado en la Figura 4.6.
4.4.2 Seleccione 3 valores mayores y tres valores menores a la resistencia equivalente medida en el punto 4.4 del desarrollo. Los valores elegidos y el de la resistencia equivalente serán conocidos como resistencia de carga (RL).
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Figura 4.6
4.3 Mida la corriente y el voltaje de acuerdo a los diferentes valores de la resistencia de carga respetando las polaridades indicadas por la figura 4.1. Registre sus medidas en la tabla 4.5.
Ra
Rb
V I V I (V) (mA) (V) (mA) Valor teórico Valor simulado Valor medido
Rc
Rd=RL
V I (V) (mA)
V I (V) (mA)
Re
Rf
V I V I (V) (mA) (V) (mA)
V I (V) (mA)
Tabla 4.5
Rg
4.4 Apague la fuente de alimentación.
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CUESTIONARIO
1. Con los v alor es m edidos , dibuje el circuito equivalente de Thévenin y el circuito equivalente de Norton. 2. Transforme el circuito equivalente de Norton al circuito equivalente de Thévenin. 3. Sume las corrientes medidas en el punto 4.3 del desarrollo. Compare el resultado obtenido con el medido en el punto 4.2. 4. Empleando los valores de voltaje y corriente medidos en el punto 4.3 del desarrollo, calcule
PL para cada resistencia. 5. Trace la curva de PL en función de RL. 6. Empleando los valores medidos de voltaje de Thevenin y la resistencia equivalente calcule la potencia máxima que el circuito es capaz de suministrar. 7. ¿Existe una relación entre la resistencia equivalente y la máxima potencia suministrada por la fuente? Argumente. 8. Calcule el Vth, Req, Icc y Pmáx tomando como referencia los nodos d y e presentados en la figura 4.1.
BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA
Charles K. Alexander.; Fundamentos de Circuitos Eléctricos, 3ª edición, ed. Mc. Graw Hill; 2006. Dorf, Richard y Svoboda. James, Circuitos Eléctricos, 6ª Edición, Alfaomega 2007. Hayt Jr, William H.; Kemmerly; Jack E.; Durbin, Steven M. Análisis De Circuitos En Ingeniería. 7ª Edición. Mc Graw Hill; 2007. J. David Irwin, Análisis Básico en Ingeniería, 5ª edición, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. 2007. James W. Nilsson.; Circuitos Eléctricos, 7ª edición, ed. Pearson; 2006. Boylestad, Robert R; Nashelsky, Louis, Electrónica: Teoría De Circuitos Y Dispositivos Electrónicos.: Pearson- Prentice Hall, 2003. Thomas L. Floyd.; Principios de circuitos eléctricos, ed. Pearson; 2007
Autores: Ing. Anselmo Angoa Torres, Ing. Elpidio Cruz Castillo, Ing. Rodrigo Ramírez Juárez Colaboración: Ing. Alfredo Romero López, Ing. Jorge R. Gersenowies Rosas