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Prácticas de Laboratorio de Electricidad de Ingeniería Industrial la Unidad Profesional interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas
Resumen: Introducción y Aparatos de Medición. Planta Generadoras. Componentes Pasivos: Resistencia, Inductancia (bobina ideal), Condensador. Instrumentos Eléctricos de Laboratorio. Voltaje, Corriente y Resistencia. Teoría de Circuitos en Potencia. Transformadores de Potencia. Importancia de una Subestación Eléctrica. ¿Qué son los Diodos?. ¿Qué es un motor?. El Teorema de Morgan. Bibliografía utilizada durante las prácticas de electricidad.
Publicación enviada por Ing. Ivan Escalona Moreno
Indice
1. Introducción y
Aparatos de Medición
2. Planta Generadoras
3. Componentes Pasivos:
Resistencia, Inductancia (bobina ideal), Condensador
4. Instrumentos Eléctricos de
Laboratorio
5. Voltaje, Corriente y
Resistencia
6. Teoría de Circuitos en
Potencia
7. Transformadores de Potencia
8. Importancia de una Subestación
Eléctrica
9. ¿Qué son los Diodos?
10. ¿Qué es un motor?
11. El Teorema de Morgan
12. Bibliografía utilizada Durante
las Prácticas de Electricidad
1. Introducción y Aparatos de Medición
Objetivo:
- Que el alumno conozca los niveles de energía eléctrica que existen desde
la generación hasta los que se utilizan en este curso.
- Que el alumno se familiaricen con los aparatos de medición y precauciones
al utilizarlos.
Lista de materiales y equipo.
& Un osciloscopio & Un wattmetro
& Un generador de señales & Un multimetro
& Un amperímetro & Un modulo LEEI-1001
& Un amperímetro de gancho & Un modulo LEEI-1002
& Un volmetro & Mesa de trabajo
Teoría de la Práctica 1
La producción de grandes cantidades de energía eléctrica, ha sido posible
gracias a la utilización de la máquinas generadoras que basan su
funcionamiento en los fenómenos electromagnético.
Los circuitos domésticos representan una aplicación práctica, en nuestro
mundo de aparatos eléctricos es útil entender los requerimientos y
limitaciones de potencia de sistemas eléctricos convencionales y las medidas de
seguridad que deben tomarse para evitar accidentes.
En un instalación convencional la compañía brinda el servicio eléctrico
distribuye la potencia eléctrico a hogares individuales con un par de línea de
potencia. Cada usuario se conecta en paralelo es esta línea, como se puede
observar en el siguiente circuito doméstico, la diferencia de potencial entre
los alambres es de 120 Voltios, El voltaje se alterna al mismo tiempo con una de
los alambre conectado a tierra, y el potencial del otro alambre,
"vivo", oscila respecto a la tierra. Para el presente análisis,
suponemos un voltaje constante (corriente continua)
Un medidor y un interruptor de circuito se conectan en serie con uno de los
alambres que entran a la casa. El alambre y el interruptor de circuito se
seleccionan cuidadosamente para satisfacer las necesidades de corriente de ese
circuito.
El estudio de los circuitos eléctricos es fundamental en la enseñanza de la
Ingeniería Eléctrica. Los conocimientos que se adquieren son muy útiles en
campos como la electrotecnia aplicada, sistemas de potencia y control, electrónica,
computadores, telecomunicaciones, etc. También se pueden emplear en otros
campos de la ingeniería aparentemente distintos, mediante las analogías eléctricas.
Se supone posee conceptos sobre carga eléctrica, potencial eléctrico,
corriente eléctrica, potencia, energía, enlaces de flujo, y que conoce las
leyes básicas de la física aplicadas a la electricidad, por lo que no se van a
enumerar, ya que las habrá manejado en cursos anteriores de física.
Energía eléctrica:
La energía eléctrica, base del gran desarrollo alcanzado por la industria en
nuestros tiempos, se produce en centrales hidráulicas, térmica y nucleares,
situadas en determinados lugares geográficos. Debe, por tanto ser transportada
a los centros de consumo valiéndose de líneas eléctricas, pero éstas suponen
siempre una pérdida de energía, sobre todo a gran distancia, debida al
calentamiento originado por el paso de la corriente, a la limitada eficacia de
los aisladores, a los empalmes y contactos defectuosos, y a los efectos de la
intemperie. Para paliar en lo posible estos inconvenientes, se recurre a la
elevación de la tensión, que puede alcanzar los 380 000 voltios y diminuye de
este modo la resistencia del conductor. Es necesario por este motivo instalar en
los centros de distribución transformadores que reduzcan el voltaje al nivel
adecuado para el alumbrado, la industrias, etc.
2. Planta Generadoras
Planta hidroeléctrica:
El funcionamiento de la centrales hidroeléctricas o hidráulicos se basa en el
aprovechamiento de la energía cinética proporcionada por el agua que, al caer
sobre los alabes de una turbina, da a ésta última un movimiento mecánico de
rotación que se transmite a un generador eléctrico.
Presas: Cuando se quiere embalsar el agua de un río se recurre a la
construcción de una presa o represa, constituida generalmente por un muro de fábrica
que detiene el curso del agua y provoca la formación de lago artifical,
utilizado para la producción de fuerza electromotriz o para otras finalidades
distintas como la regulación del río, la protección contra crecidas, el regadío,
etc.
La planta hidroeléctrica: utiliza la fuerza de ríos, cascadas y
artificialmente mediante presas
La Generación y Distribución de electricidad, son un conjunto de
instalaciones que se utilizan para transformar otros tipos de energía en
electricidad y transportarla hasta los lugares donde se consume. La generación
y transporte de energía en forma de electricidad tiene importantes ventajas
económicas debido al coste por unidad generada. Las instalaciones eléctricas
también permiten utilizar la energía hidroeléctrica a mucha distancia del
lugar donde se genera. Estas instalaciones suelen utilizar corriente alterna, ya
que es fácil reducir o elevar el voltaje con transformadores. De esta manera,
cada parte del sistema puede funcionar con el voltaje apropiado. Las
instalaciones eléctricas tienen seis elementos principales: la central eléctrica,
los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica generada a
las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte, las líneas de
transporte, las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a
las líneas de distribución, las líneas de distribución y los transformadores
que bajan el voltaje al valor utilizado por los consumidores.
Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de
equipos suplementarios para proteger los generadores, transformadores y las
propias líneas de conducción. Suelen incluir dispositivos diseñados para
regular la tensión que se proporciona a los usuarios y corregir el factor de
potencia del sistema.
Subestación: es el conjunto de elementos que nos permiten controlar, medir y
transformar la energía eléctrica.
Los cortacircuitos se utilizan para proteger todos los elementos de la
instalación contra cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones
de conmutación ordinarias. Estos cortacircuitos son grandes interruptores que
se activan de modo automático cuando ocurre un cortocircuito o cuando una
circunstancia anómala produce una subida repentina de la corriente. En el
momento en el que este dispositivo interrumpe la corriente se forma un arco eléctrico
entre sus terminales.
Transformador: Es una máquina estática, constituida de dos circuitos
llamados primario y secundario, los cuales no esta conectados físicamente, sino
acoplados magnéticamente, existen 3 tipos: elevador (El número de vueltas del
secundario es mayor que el primario), reductor (El número de vueltas del
secundario es menor que el primario), relación uno a uno ó compensador (El número
de vuletas es igual para el primario y secundario)
Circuito eléctrico.
Un circuito eléctrico está constituido por cualquier conjunto de elementos a
través de los cuales pueden circular cargas eléctricas. Existirá pues, un
conjunto de dispositivos eléctricos (por ejemplo fuentes, resistencias
,inductancias, capacidades, transformadores, transistores, etc) interconectados
entre sí. De momento consideraremos, un elemento eléctrico con dos terminales
A y B de forma que pueda interconectarse con otros elementos. Existen elementos
más complicados que poseen más de dos terminales, y que pueden también
interconectarse con otros. De momento nos centraremos en los de dos terminales.
Más adelante definiremos los diversos elementos eléctricos y estableceremos el
modelo matemático que caracteriza su funcionamiento. Ejemplos de circuitos eléctricos
son: una red de distribución de energía eléctrica, un receptor de televisión,
el circuito de encendido de un automóvil, una estufa eléctrica, etc.
Sistema de unidades.
A lo largo del curso se empleará el sistema de unidades internacional (SI) que
corresponde al sistema MKSA racionalizado.
Magnitudes y unidades fundamentales.
Magnitud Unidad Abreviatura
Longitud Metro m
Tiempo Segundo s
Intensidad Luminosa Candela cd
Magnitudes y unidades derivadas.
Magnitud Unidad Abreviatura
Carga eléctrica Culombio C
Corriente Amperio A
Potencial eléctrico Voltio V
Potencia Vatio W
Energía Julio J
Flujo magnético Weber Wb
Resistencia Ohmio W
Conductancia Siemens S (mho)
Inductancia Henrio H
Capacidad Faradio F
Frecuencia Hertzio Hz
Energia: Capacidad de un sistema para realizar un trabajo. La medida
de la energía consumida es la misma que la del trabajo efectuado. Existen
varias formas de energia : mecánica, cinética, potencial, calórica, eléctrica,
atómica, magnética, quimica, nuclear, etc.
3. Componentes Pasivos: Resistencia, Inductancia (bobina
ideal), Condensador
Corriente Eléctrica
Si dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor
metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta
neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del
conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en
ingeniería eléctrica, se considera por convención que la corriente fluye en
sentido opuesto, es decir, de la carga positiva a la negativa). En cualquier
sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor
potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina
circuito eléctrico. La corriente que circula por un circuito se denomina
corriente continua (c.c.) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente
alterna (c.a.) si fluye alternativamente en uno u otro sentido.
El flujo de una corriente continua está determinado por tres magnitudes
relacionadas entre sí. La primera es la diferencia de potencial en el circuito,
que en ocasiones se denomina fuerza electromotriz (fem), tensión o voltaje. La
segunda es la intensidad de corriente. Esta magnitud se mide en amperios; 1
amperio corresponde al paso de unos 6.250.000.000.000.000.000 electrones por
segundo por una sección determinada del circuito. La tercera magnitud es la
resistencia del circuito. Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores
como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una corriente eléctrica,
y esta resistencia limita la corriente. La unidad empleada para cuantificar la
resistencia es el ohmio (Ù), que se define como la resistencia que limita el
flujo de corriente a 1 amperio en un circuito con una fem de 1 voltio. La ley de
Ohm, llamada así en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, que la descubrió
en 1827, permite relacionar la intensidad con la fuerza electromotriz. Se
expresa mediante la ecuación V = I × R, donde V es la fuerza
electromotriz en voltios, I es la intensidad en amperios y R es la resistencia
en ohmios. A partir de esta ecuación puede calcularse cualquiera de las tres
magnitudes en un circuito dado si se conocen las otras dos.
Intensidad de corriente, es la magnitud fundamental del Sistema Internacional
de unidades que representa la carga que circula por unidad de tiempo a través
de una sección determinada de un conductor. Su símbolo es I, y se mide en
amperios (A).
Si la corriente es continua, la intensidad es la misma en cualquier instante
y en todos los puntos del circuito (supuesto sin derivaciones). Si la corriente
es variable, como en la corriente alterna o en una oscilación eléctrica, la
intensidad varía simultáneamente con el tiempo y la posición.
Para medir la intensidad de la corriente se utiliza el amperímetro. Éste se
instala siempre en un circuito de manera que por él circule toda la corriente,
es decir, en serie.
Resistencia, es la propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista
u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico
determina —según la llamada ley de Ohm— cuánta corriente fluye en el
circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es
el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una
corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La
abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el símbolo del
ohmio es la letra griega omega, Ù. En algunos cálculos eléctricos se emplea
el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa
por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S. Aún puede
encontrarse en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad, mho.
La resistencia de un conductor viene determinada por una propiedad de la
sustancia que lo compone, conocida como conductividad, por la longitud por la
superficie transversal del objeto, así como por la temperatura. A una
temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longitud del conductor e
inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal.
Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura.

4. Instrumentos Eléctricos de Laboratorio
Amperímetro
La corriente es una de las cantidades más importante que uno quisiera medir en
un circuito eléctrico. Se conoce como amperímetro al dispositivo que mide
corriente. La corriente que se va a medir debe pasar directamente por el amperímetro,
debido a que éste debe conectarse a la corriente, como se muestra en la
siguiente figura:
Los alambres debe cortarse para realizar las conexiones en el amperímetro.
Cuando use éste instrumento para medir corriente continuas, asegúrese de
conectarlo de modo que la corriente entre en la terminal positiva del
instrumento y salga en la terminal negativa. Idealmente, un amperímetro debe
tener resistencia cero de manera que no altere la corriente que se va a medir.
En el circuito indicado, esta condición requiere que la resistencia del amperímetro
sea pequeña con R1 + R2. Puesto que cualquier amperímetro tiene siempre alguna
resistencia, su presencia en el circuito reduce ligeramente la corriente
respecto de su valor cuando el amperímetro no está presente.
Voltímetro
Un dispositivo que mide diferencias de potencial recibe el nombre de voltímetro.
La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en el circuito puede
medirse uniendo simplemente la terminales del voltímetro entre estos puntos sin
romper el circuito, como se muestra en la figura.
La diferencia de potencial en el resistor R2 se mide conectando el voltímetro
en paralelo con R2. También en este caso, es necesario observar la polaridad
del instrumento. La terminal positiva del voltímetro debe conectarse en el
extremo de resistor al potencial más alto, y la terminal negativa al extremo
del potencial más bajo del resistor. Un voltímetro ideal tiene resistencia
infinita de manera que no circula corriente a través de él. Como se ve en la
figura esta condición requiere que el voltímetro tenga un resistencia que es
muy grande en relación con R2. En la práctica, si no se cumple esta condición,
debe hacerse una corrección respecto de la resistencia conocida del voltímetro.
Osciloscopio
El osciloscopio es el principal instrumento de laboratorio para medir y observar
fenómenos eléctrico. Es especialmente importante para los estudiantes de
ingeniería eléctrica que intente trabajar en áreas que incluyen a la electrónica.
El simulador de osciloscopio reproduce el comportamiento y apariencia de un
osciloscopio. El simulador ofrece dos modos de operación. En el modo tutorial,
se puede marcar un componente con el cursor para ver un mensaje que describa cómo
opera dicho componente. En el segundo modo de operación, el modo experimental,
usted puede elegir diferentes señales de entrada y observar la señal como
apariencia en un pantalla de osciloscopio.
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VOLTÍMETRO DIGITAL_ Descripción
Instrumento digital diseñado para medir y presentar en forma digital
una variable tensión de la corriente eléctrica. Es importante tener la
tensión adecuada para la cual fueron diseñados los diferentes
dispositivos conectados al sistema. Salirse de éste rango de operación
puede ser motivo de deterioro de los mismos.
Cuando la tecnología nos permite saber, cual es la tensión, con
bastante precisión, no se debe seguir con dispositivos que solo indican
que ‘‘hay’’ tensión pero no exactamente cuánta.
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Aplicaciones
El voltímetro es tal vez el instrumento que más aplicaciones tiene.
Fuera de la función específica de medir un voltaje, existen muchos parámetros
que se miden indirectamente con voltímetros por ejemplo:
Velocidad por medio de taco – generadores.
Frecuencia por medio también de taco – generadores.
Presión usando sensores cuya resistencia varia con la presión como
es el caso de los indicadores usados por la industria automotriz.
Temperatura, un caso similar al anterior.
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Mesa de Trabajo de la UPIICSA de Laboratorios Pesados
Cuenta con cable de alimentación trifásico, el cual se conecta el contacto que
se encuentra en el piso. Este contacto puede energizarse por medio de un
interruptor termo magnético que se encuentra en el tablero de la parte lateral
del aula. La energía eléctrica que recibe la mesa se distribuye de dos
maneras.
- Voltaje monofásico: de 127 volts que se encuentra presente en los
contactos monofásicos polarizados de la parte inferior.
- Voltaje trifásico: Este puede interrumpirse o activarse al operar algunos
de los dos interruptores que se encuentran en la parte central del tablero.
Siguiendo las trayectorias indicadas en el tablero se notará que se tienen
3 interruptores termo magnéticos en ambos lados de la mesa, cada uno de los
cuales accionaran a su vez sobre cada una de las fases. La presencia de
estos voltajes es indicada por la lamparita de color blanco colocada en cada
trayectoria. Los contactos trifásicos del tablero recibirán así voltajes
de línea de 220 volts de valor fijo. Los botones marcados con las letras A,
B, C y N tendrán la presencia de voltaje trifásico que puede tomar
diferentes valores. El nivel del voltaje de línea en estos botones es
indicado por el voltímetro de tipo industrial al que se encuentra ahí
conectado.
La variación del voltaje en los botones antes mencionados se logra por
utilización de un auto transformador trifásico variable localizado en el
interior de la mesa.
Cuestionario de la Práctica
- Defina los siguientes parámetros: Voltaje, corriente, resistencia,
potencial eléctrico:
- Diferencia de potencial. Debido a la fuerza de su campo eléctrico, una
carga eléctrica tiene la capacidad de efectuar un trabajo a través de otra
carga por atracción o repulsión. La capacidad de una carga para realizar
trabajo se llama potencial. Cuando 2 cargas no son iguales, debe haber entre
ellas una diferencia de potencial. La mayor de las diferencias de potencial
entre todas las cargas del campo electrostático recibe el nombre de fuerza
electromotriz (fem). La unidad básica de la diferencia de potencial el es
Volt (V). El símbolo de la diferencia de potencial es V e indica la
capacidad de efectuar un trabajo para que los electrones se muevan. Como se
usa el volt como unidad, la diferencia de potencial también se llama
voltaje.
- Corriente. El movimiento o flujo de electrones se denomina corriente. Para
producirla, los electrones deben moverse por efecto de una diferencia de
potencial. La corriente se representa con el símbolo I. La unidad básica
de medida es el ampere (A). Un ampere de corriente se define como el
movimiento de un coloumb que pasa por cualquier punto de un conductor
durante 1 segundo.
- Resistencia. Es la oposición al flujo de corriente. Para aumentar la
resistencia en un circuito, se usan componentes eléctricos llamados
resistores (resistencias). Un resistor es un objeto cuya resistencia al paso
de la corriente tiene un valor específico conocido. La resistencia se mide
en ohms y en ocasiones se representa con el símbolo R. Un ohm se define
como la cantidad de resistencia que limita la corriente en un conductor a 1
ampere cuando el voltaje aplicado al conductor es de 1 volt.
- Potencia eléctrica. Potencia usada en cualquier parte de un circuito es
igual a la corriente I en esa parte multiplicada por el voltaje V dividida
entre los extremos de esa parte del circuito. Su fórmula es: P = VI
- Mencione las partes de un generador elemental.
- Armadura o rotor el cual gira por una fuerza mecánica externa. El voltaje
que se genera en la armadura se conecta a un circuito externo. El voltaje
que se genera en la armadura se conecta a un circuito externo, es decir, la
armadura del generador suministra corriente a un circuito externo.
- Conmutador convierte corriente alterna que fluye en su armadura en
corriente continua en sus terminales. El conmutador consiste en segmentos de
cobre, de los cuales hay un par por cada bobina de la armadura. Cada
segmento del conmutador está aislado de los demás con mica. Los segmentos
están montados sobre el eje de la armadura y aislados de éste y del hierro
de la armadura. En el bastidor de la máquina, se montan escobillas
estacionarias de manera que hagan contacto con segmentos opuestos del
conmutador.
- Escobillas son conectores de grafito estacionarios que se montan con un
resorte para que resbalen o rocen el conmutador en el eje o flecha de la
armadura. De esta manera, las escobillas proporcionan la conexión entre las
bobinas de la armadura y la carga externa.
- Devanado del campo Este electroimán produce el flujo que corta la
armadura. La corriente que produce el campo puede provenir de una fuente
externa llamada excitatriz o de la salida de su propia armadura.
- Cuáles son los valores de tensión en una línea de transmisión.
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Tensión nominal (volts)
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Tipo de sistema
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Tolerancia
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127 V
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1 fase, 2 hilos
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¡ 10 %
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220 / 127 V
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3 fases, 4 hilos
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¡ 10 %
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13800 V
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3 fases, 4 hilos
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¡ 10 %
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23000 V
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3 fases, 4 hilos
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¡ 10 %
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¿Qué mide el amperímetro y cómo se conecta al circuito?
Un amperímetro mide corriente eléctrica, Su escala puede estar
calibrada en amperes, miliamperes o microamperes. Para medir la corriente se
inserta un amperímetro en serie con el circuito que se prueba; la adición
del amperímetro aumenta la resistencia del circuito en una cantidad igual a
la resistencia interna del medidor RM. Según la ley de Ohm, la corriente
sin el medidor es:
y con el medidor añadido es:
La exactitud del medidor KA es el
cociente de la corriente cuando el medidor está en el circuito (corriente
medida), IW, entre la corriente sin el medidor (corriente verdadera), IO, es
decir
También, al sustituir,
El error de carga porcentual es el error porcentual en la lectura del
amperímetro debido a los efectos de carga que resultan al añadir la
resistencia del medidor.
Error de carga (%) = (1-KA)(100)
Una lectura con el 100% de exactitud significa que el error de carga es
0%. Una lectura con el 99% significa que el error de carga es de 1%.
Un segundo error en un amperímetro real es el error de calibración que
resulta cuando la carátula del medidor puede no estar marcada exactamente.
La especificación de este error se hace respecto a la corriente de la
escala completa. Los valores característicos son de 3% de la corriente de
la escala completa.
¿Cuál es la ventaja de usar un amperímetro de gancho?
Que no es necesario parar las máquinas y/o abrir el circuito ya que es
un sólo cable se toma la medida.
¿Cuántas y cuáles son los tipos de voltaje que tiene la mesa de
trabajo?
La mesa de trabajo cuenta con los siguientes 3 tipos de voltaje:
- Monofásico 127 V
- Bifásico 220 V
- Trifásico 440 V
- ¿Por medio de qué elementos está protegida la mesa de trabajo?
Se tienen dos elementos que permiten la interrupción de la energía eléctrica
cuando se tenga una sobre carga dentro de la mesa de trabajo, estos
elementos son los siguientes:
- Botones electromagnéticos.- Estos interruptores son monofásicos y
en el momento que se tenga una sobrecarga en la mesa de trabajo se
botan de su estado de accionamiento e interrumpen todo paso de energía.
- Botón cabeza de hongo.- Tiene el mismo funcionamiento que el
anterior, con la diferencia de que este es accionado manualmente
cuando uno se percate de una sobrecarga.

- ¿Cómo se conecta un voltímetro a un circuito?
En paralelo
- ¿Qué mide y cómo se conecta un wáttmetro?
Un wáttmetro mide la potencia que hay en un circuito y se conecta en
serie y en paralelo.
- Por medio de un ejemplo explique la ley de Ohm.
Un foco eléctrico consume 1.0 A al operar en un circuito de cc de 420 V ¿Cuál
es su resistencia?
El primer paso en la solución del problema de circuitos es trazar un
diagrama esquemático del circuito en cuestión, marcando cada una de sus
partes e indicando los valores conocidos.
Como se conocen V e I, usamos la ecuación de la ley de Ohm para encontrar
el valor de R siendo:

Conclusión de la Práctica 1
Dentro de esta practica hemos conocido los diferentes dispositivos con los que
contamos dentro del laboratorio de electricidad, ya sea como los instrumentos de
medición, tablero de trabajo y los tableros de dispositivos pasivos.
Se mostró los diferentes cantidades de energía con los que contamos dentro
del laboratorio. Con esto se conoció las medidas de precaución que se tiene en
la mesa de trabajo.
Otro aspecto que conocimos en esta practica de introducción del laboratorio
es la forma en que se utilizan los diferentes instrumentos de medición como
son: voltímetro, amperímetro, wattmetro y multimetro. Dimos un pequeño
reconocimiento de las diferentes formas en que se genera la energía eléctrica
, su forma de transporte y las subestaciones que apoyan para su traslado de un
lugar a otro.
Práctica 2: El Osciloscopio
Objetivo de la practica:
- Que el alumno conozca y utilice correctamente el osciloscopio para la
medición de señales eléctricas.
- Que el alumno conozca las posibles aplicaciones de este instrumento para
la solucion de problemas.
- Que el alumno realice la medición de señales eléctricas, interprete
resultados y calcule los valores RMS.
Lista de material y equipo:
- Un osciloscopio
- Una sonda para el osciloscopio
- Un generador de señales
- Un cable de alimentación para el osciloscopio
- Dos cables para conexiones
Teoría de la Práctica 2
Osciloscopio, Es un instrumento electrónico que registra los cambios de tensión
producidos en circuitos eléctricos y electrónicos y los muestra en forma gráfica
en la pantalla de un tubo de rayos catódicos. Los osciloscopios se utilizan en
la industria y en los laboratorios para comprobar y ajustar el equipamiento
electrónico y para seguir las rápidas variaciones de las señales eléctricas,
ya que son capaces de detectar variaciones de millonésimas de segundo. Unos
conversores especiales conectados al osciloscopio pueden transformar vibraciones
mecánicas, ondas sonoras y otras formas de movimiento oscilatorio en impulsos
eléctricos observables en la pantalla del tubo de rayos catódicos.
Rayos catódicos, electrones de alta velocidad emitidos por el electrodo
negativo de un tubo de vacío al ser atravesado por una corriente eléctrica.
Los rayos catódicos se generaron por primera vez utilizando el tubo de Crookes,
invento del físico británico William
Crookes. En 1895, mientras trabajaba en investigación, el físico alemán
Wilhelm Roentgen descubrió casualmente que los rayos catódicos que golpeaban
una placa metálica generaban rayos X. Los rayos catódicos pueden ser desviados
y enfocados por campos magnéticos o eléctricos. Estas propiedades se utilizan
en el microscopio electrónico, en el osciloscopio de rayos catódicos y en el
tubo de imagen de los receptores de televisión.
La ventaja principal del osciloscopio consiste en que proporciona una grafica
de la forma de la onda que se mide. La mayoría de los osciloscopios usan la
desviación electrostática. El rayo proyectado desde el lanzador de electrones
es desviado vertical u horizontalmente por pares de placas verticales y
horizontales. Aunque el osciloscopio se utiliza de preferencia en mediciones de
voltajes entre puntos máximos, otras de sus posibilidades son las mediciones de
frecuencia, tiempos, inclinaciones de honda y ángulos de fase y respuesta de
frecuencia.
Para calibrar un osciloscopio con un calibrador interno, la pantalla se
calibra mediante el ajuste de una figura fija con un voltaje de 1 volt entre
picos.
Para la localización de fallas en un osciloscopio, normalmente se utilizan
tres probadores básicos auxiliares.
- El probador de baja capacitancia por lo general se utiliza para medir
circuitos de alta frecuencia o alta impedancia . mediante la aplicación de
este probador se reduce el efecto de bajo potencial, lo cual aumenta la
ezactitud de medicion.
- El probador de desmodulacion de pruebas o radio frecuencias (rf) frecuente
mente se usa para medir señales de radio frecuencia cuando la señal debe
detectarse antes de que aparezca en la pantalla.
- El probador divisor de voltaje se utiliza para reducir el voltaje que
desea, la relacion reductor de voltaje es de 10:1 o 100:
|
TIPO DE SEÑAL
|
Nº de
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SENSITIVIDAD
|
ATENUACIÓN
|
AMPLITUD
|
Nº de CUADROS
|
BASE DE
|
T (seg)
|
F=1/T
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GRAFICA
|
VALOR
|
|
|
CUADROS
|
VOLTS/DIV
|
DE LA ZONDA
|
EN VOLTS
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HORIZONTALES
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TIEMPO (seg)
|
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HERTZ
|
|
R.M.S
|
|
|
VERTICALES
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|
Un ciclo
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VOLTS
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CALIBRACIÓN
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|
INTERNA DEL
|
3
|
X 20 x10-3
|
X 10
|
= 0.6
|
3.2
|
0.1 x 10-3
|
3.2 x 10-4
|
3125
|
|
212.13v
|
|
OSCILOSCOPIO
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SEÑAL AMBIENTE
|
7
|
X 1 x 10-3
|
X 10
|
= 0.07
|
1.5
|
10 x 10-3
|
0.015
|
66.66
|
|
6.9v
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VOLTAJE
|
4.4
|
X 1
|
X 10
|
= 44
|
3.4
|
5 x 10-3
|
0.017
|
58.82
|
|
155.54
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MONOFÁSICO
|
3.2
|
X 2
|
X 1
|
= 6.4
|
2.4
|
10 x 10-3
|
0.024
|
41.66
|
|
4.24v
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ONDA CUADRADA
|
3.2
|
X 2
|
X 1
|
= 6.4
|
2.4
|
10 x 10-3
|
0.024
|
41.66
|
|
22.63v
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ONDA SENOIDAL
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
TRIANGULAR
|
3.2
|
X 2
|
X 1
|
= 6.4
|
2.4
|
10 x 10-3
|
0.024
|
41.66
|
|
33.25
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Calibración interna del osciloscopio
Señal ambiente
Voltaje monofásico
Vef = (440/2)(0.707)=155.54V
Onda senoidal
Onda cuadrada
Onda triangular
Cuestionario de la Práctica 2
- Mencione los siete bloques en que está constituidos el
osciloscopio.
- Atenuador vertical
- Amplificador vertical
- Amplificador horizontal
- Amplificador de sintonía
- Generador de barrido
- Bajo voltaje
- Alto voltaje
- Mencione para que sirven los controles intensity (intensidad) y
focus (enfoque) del osciloscopio.
- CONTROL DE INTENSIDAD: Permite controlar la brillantes del haz
de luz, es decir, hacerlo más o menos oscuro.
- CONTROL DE ENFOQUE: Controla la forma y claridad del haz, un
ajuste interno asegura el enfoque apropiado de todas la partes del
trazo, es decir, mayor nitidez de la señal.
- ¿Qué rango tiene el control time / div (tiempo / división?
El rango es de: 0.1 m
seg. a 0.5 seg.
¿Qué rango tiene el control volts / div?
El rango es de: 2 mV a 10 mv, es decir, de 2 mV a 500 mV y de 1 a
10 volts.
Definir lo siguiente: Forma de onda, valor instantáneo, ciclo y
frecuencia.
- FORMA DE ONDA: Es la trayectoria trazada en una cantidad como
tensión, corriente y potencia en función de alguna variable (
como la posición, tipo, grado, temperatura, etc.)
- VALOR INSTANTÁNEO: Es la magnitud de una forma de onda en
cualquier instante.
- CICLO: Conjunto de valores positivos y negativos comprendidos en
un periodo.
- FRECUENCIA: Es el número de ciclos generados en un segundo y se
expresa como ciclos / seg. Hertz (Hz.) .
¿Qué es el valor eficaz y medio de onda?
- VALOR EFICAZ: En una onda senoidal de tensión es una medida de
eficacia de la fuente de tensión al entregar potencia a una carga
resistiva.
- VALOR MEDIO: Es el promedio de todos los valores instantáneos
durante medio ciclo, es decir una alteración.
Como se obtiene el valor eficaz y medio de funciones periódicas no
senoidales.
Valor Eficaz
El valor eficaz de una corriente alterna, se obtiene en función de
efecto que produce la corriente alterna sobre una resistencia
determinada comparativamente con el efecto que esta resistencia
produce una corriente directa.
Valor Medio
¿Qué valores de atenuación se tienen en la sonda o punta de
prueba?
La sonda tiene una relación de 10 a 1, es decir, que el voltaje
real de estrada del osciloscopio es atenuado 10 veces.
¿Cómo se obtiene la lectura del valor máximo o amplitud de una
onda en un osciloscopio?
- Contar el número de cuadros que ocupa la señal de un valor
pico al otro valor pico.
- Anotar la posición en que se encuentra colocado el control de
sensibilidad volts / div.
- Considerar la atenuación que corresponda a la sonda
- Multiplicar entre sí cada uno de los incisos anteriores para
obtener el valor pico a pico.
Vpp = (N° de cuadros verticales)(sensibilidad volts /
div)(atenuación)
¿Cómo se obtiene la lectura del periodo de una onda en el
osciloscopio?
- Contar el número de cuadros que ocupa el periodo de la señal
en el eje de las y.
- Anotar la posición en que está colocado el control de base de
tiempo time / div.
- Se multiplica el inciso a por el b para obtener el periodo. No
influye la atenuación.
Periodo T = (N° de cuadros horizontales)(Base de tiempo time / div)
11.- En un circuito se obtuvieron las siguientes lecturas de una onda
senoidal:
- 7 cuadros verticales
- 8 cuadros horizontales
- volts / div : 200 mV.
- Time / div: 0.5 ms.
- Atenuador de la sonda: 10
Obtener:
- Valor máximo o valor pico.
- Valor pico a pico.
- Valor eficaz.
- Periodo.
- Frecuencia.
Solución
Vpp = (N° de cuadros verticales)(sensibilidad volts / div)(atenuación)
Vpp = (7)(200X10-3)(10) = 14 volts.
Vmáx = Vpp/2 = 14/2 = 7 volts.
Vef = (Vmáx)(0.707) = (7)(0.707) = 4.949 volts.
Vmed= (Vmáx)(0.637) = (7)(0.637) = 4.459 volts.
Periodo T = (N° de cuadros horizontales)(Base de tiempo time / div)
Periodo T =(8)(0.5X10-3) = 0.004 seg.
F = 1/T = 1/0.004 = 250 Hz.
Conclusión de la Práctica 2
Dentro de la realización de está practica se pudo conocer el funcionamiento
que se le tiene que dar al osciloscopio, y los diferentes beneficios que esto
significa. Pudimos dar un reconocimiento físico del osciloscopio, esto es,
que reconocimos y conocimos los diferentes controles con que esté cuenta para
su utilización, como son : el fotos de enfoque, el time / div, volt / div,
etc., esto con la finalidad de conocer como se mide los distintos parámetros
de una onda como su valor eficaz, valor medio, periodo, frecuencia, valor máximo
y valor pico a pico.
Todos esto valores son perfectamente calculados con el osciloscopio, tanto
para una onda senoidal, como para una no senoidal, claro utilizando las
formulas adecuadas que dentro de la practica fueron especificadas y conocidas.
Por otra parte en la tabla de resultados pusimos el valor de 1 para la
atenuación de la onda, ya que la sonda tenia este valor de 1 cuando la
empezamos a utilizar y por tanto seguimos con este valor respetándolo para
los cálculos.
Práctica 3: Análisis de Circuitos RC y RL
En la práctica, los inductores y capacitores tienen gran utilización, ambos
constituyen la base de la mayor parte de circuitos eléctrico en su gran
variedad de aplicaciones. Debido a la importancia que caracteriza a estos
elementos de circuito, se hace necesario analizar cuidadosamente su
comportamiento al ser introducidos en circuitos experimentales con el objeto
de que el (o los) parámetros (s) que nos describe el comportamiento de un
inductor o bien un capacitor, sean entendidos plenamente y una vez habiendo
logrado esto se podrán aplicar estos conceptos en forma general al efectuar
análisis experimentales.
Un capacitor tiene la propiedad de almacenar energía en virtud del campo
electrostático que se establece entre sus placas al serle aplicada una tensión
eléctrica, llamándosele a esto "proceso de carga del condensador".
Cuando el voltaje aplicado entre las placas de condensador tiende a ser cero,
este tiende a descargarse, es decir, devuelve la energía que almacena y
posteriormente la devuelve; esto es distinto de lo que sucede en un resistor,
el cual no almacena energía sino que la disipa al transformarla en calor
(efecto joule); cuando una corriente fluye a través de un inductor (bobina),
se establece un campo magnético el cual contiene energía.
Cuando la corriente se incrementa, la energía contenida en el campo también
se incrementa cuando la corriente disminuye, la energía contenida disminuye;
y cae a cero cuando la corriente es cero. La situación es análoga a la de un
capacitor, excepto que en un capacitor es el voltaje quien determina la
cantidad de energía almacenada, mientras en el inductor es la corriente.
En un circuito de Corriente Alterna, en el cual se encuentre presente un
inductor, o bien capacitor, existirá un parámetro resistivo (x), el cual
tenderá a oponerse al flujo de la corriente y en consecuencia genera una
resistencia adicional a la propia del elemento, es decir, la determina con un
ohmetro. En este caso es necesario investigar si existe una dependencia entre
el parámetro resistivo (x) y los parámetros de inductancia (L), capacidad
(C) y frecuencia (f) de la corriente del circuito. Si los resultados de la
investigación efectuada muestran que la X, L, C y f están relacionadas entre
si, entonces debe procederse a presentarlo formalmente.
Formalmente los parámetro resistivo X para los circuitos inductivo y
capacitivos se encuentran resolviendo las ecuaciones diferenciales de la energía
para cada circuito y comparando con la ley de Ohm para identificar la
resistencia, así que
se encuentra que en caso capacitivo:
"en donde omega es la frecuencia
angular que es dos veces pi por la frecuencia"
Formulario:
donde:
=
frecuencia angular
|
|
Impedancia ( W
)
|
Respuesta en Voltaje
|
|
R
|
R
|

|
|
xL
|
xL
|

|
|
xC
|
xC
|

|
|
RL
|

|

|
|
RC
|

|

|
|
RLC
|

|

|
5. Voltaje, Corriente y Resistencia
Corriente Eléctrica
Si dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor
metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta
neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del
conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en
ingeniería eléctrica, se considera por convención que la corriente fluye en
sentido opuesto, es decir, de la carga positiva a la negativa). La tercera
magnitud es la resistencia del circuito. Normalmente, todas las sustancias,
tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una
corriente eléctrica, y esta resistencia limita la corriente.
Intensidad de corriente, es la magnitud fundamental del Sistema
Internacional de unidades que representa la carga que circula por unidad de
tiempo a través de una sección determinada de un conductor. Su símbolo es
I, y se mide en amperios (A).
Si la corriente es continua, la intensidad es la misma en cualquier instante y
en todos los puntos del circuito (supuesto sin derivaciones). Si la corriente
es variable, como en la corriente alterna o en una oscilación eléctrica, la
intensidad varía simultáneamente con el tiempo y la posición.
Resistencia, es la propiedad de un objeto o sustancia que hace que se
resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un
circuito eléctrico determina —según la llamada ley de Ohm— cuánta
corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La
unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es
recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de
1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el símbolo
del ohmio es la letra griega omega, Ù. En algunos cálculos eléctricos se
emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se
representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S. Aún
puede encontrarse en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad,
mho.
La resistencia de un conductor viene determinada por una propiedad de la
sustancia que lo compone, conocida como conductividad, por la longitud por la
superficie transversal del objeto, así como por la temperatura. A una
temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longitud del conductor e
inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal.
Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la
temperatura.
Desarrollo: Se realiza lo que se indica en el manual, y se comprobó el
voltaje de salida de los circuitos los resultado fueron los siguientes
|
Hertz
|
Voltaje Entrada
|
VR Volts
RMS
|
VC Volts RMS
|
IT
mA
|
Ángulo entre Vent y VR
|
|
2000
|
2
|
1.85
|
0.6
|
1.8
|
|
|
4000
|
2
|
1.51
|
0.8
|
1.6
|
|
|
6000
|
2
|
1.4
|
1.35
|
1.4
|
|
|
8000
|
2
|
1.3
|
1.51
|
1.2
|
|
|
10000
|
2
|
1.1
|
1.7
|
1
|
|
|
12000
|
2
|
0.8
|
1.85
|
0.8
|
|
|
14000
|
2
|
0.9
|
1.85
|
0.6
|
|
|
16000
|
2
|
0.75
|
1.9
|
0.5
|
|
|
18000
|
2
|
0.7
|
1.9
|
0.4
|
|
|
20000
|
2
|
0.7
|
1.9
|
0.3
|
|
|
Hertz
|
Voltaje Entrada
|
VR Volts
RMS
|
VC Volts RMS
|
IT
mA
|
Ángulo entre Vent y VR
|
|
500
|
2
|
1.6
|
1.9
|
5.55
|
|
|
1000
|
2
|
1.6
|
1.6
|
1.75
|
|
|
2000
|
2
|
1.5
|
1.4
|
1.5
|
|
|
3000
|
2
|
1.6
|
1.1
|
1.7
|
|
|
4000
|
2
|
1.7
|
1.07
|
1.7
|
|
|
5000
|
2
|
1.75
|
1.05
|
1.75
|
|
|
6000
|
2
|
1.8
|
1
|
1.8
|
|
|
7000
|
2
|
1.8
|
1
|
1.8
|
|
|
8000
|
2
|
1.8
|
1
|
1.8
|
|
|
9000
|
2
|
1.8
|
1
|
1.8
|
|
|
10000
|
2
|
1.8
|
1
|
1.8
|
|
Cuestionario Práctica #3
- Defina Resistencia, Inductancia y Capacitancia
|
ELEMENTO
|
TENSIÓN EN LOS ELEMENTOS
|
CORRIENTE POR EL ELEMENTO
|
|
Resistencia R (resistivo)
| |