Primer laboratorio de Circuitos Electricos I

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Laboratorio de Circuitos Eléctricos I UNI-FIM

INTRODUCCION

Para comenzar nuestro ensayos en Laboratorio de Circuitos Eléctricos necesitamos saber previamente que es un circuito eléctrico, qué entendemos por su análisis, con qué cantidades se relaciona, en que unidades se miden esas cantidades y las definiciones y convenciones usadas en la teoría de circuitos.

También es indispensable para obtener valores tanto de resistencia, corriente y voltaje, para utilizamos instrumentos como el Multimetro que nos midan estas cantidades de forma fácil y segura.

En este laboratorio se dará una información previa de circuitos, leyes que gobiernan los circuitos e instrumentos, los cuales siempre utilizaran en los laboratorios de circuitos eléctricos y en el campo profesional.

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LAS LEYES DE KIRCHHOFF, RECONOCIMIENTO DE EQUIPOS, INTRUMENTOS Y COMPONENTES

OBJETIVOS:

Reconocimientos de equipos, instrumentos y componentes que se usan en el laboratorio de circuitos eléctricos, aprender la utilidad que estos tienen en campo de los circuitos eléctricos.

Comprobar las leyes de Kirchhoff atravez de experiencias con circuitos reales.

MARCO TEORICO:

MULTIMETRO

Un multímetro, también denominado polímetro, tester o multitester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente

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FUENTE DE ALIMENTACION

En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.).

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

RESISTENCIA DE CARBON

Hay dos tipos de resistencias fijas de carbón, las aglomeradas y las de capa o película. En las aglomeradas, el elemento resistivo es una masa homogénea de carbón, mezclada con un elemento aglutinante y fuertemente prensada en forma cilíndrica. Los terminales se insertan en la masa resistiva y el conjunto se recubre con una resina aislante de alta disipación térmica.

Existe otro método de fabricación de las resistencias de carbón que consiste en recubrir un tubo o cilindro de porcelana con una capa o película de carbón, o haciendo una ranura en espiral sobre la porcelana y recubriéndola luego con la película de carbón, quedando parecida a una bobina. Estas son las resistencias de bajo voltaje .

http://es.wikipedia.org/wiki/Router

http://es.wikipedia.org/wiki/Impresora

http://es.wikipedia.org/wiki/Televisor

http://es.wikipedia.org/wiki/Ordenador

http://es.wikipedia.org/wiki/Aparato_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

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LEYES DE KIRCHHOFF

Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica.

Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

1ra Ley o Ley de corrientes de Kirchhoff:

Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que:

En cualquier nodo, la suma de la corriente que entra en ese nodo es igual a la suma de la corriente que sale. De igual forma, La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.

2da Ley o Ley de Tensiones de Kirchhoff:

Esta ley es llamada también Segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff y es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.

En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico es igual a cero.

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Georg_Ohm

http://es.wikipedia.org/wiki/Maxwell

http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaciones_de_Maxwell

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Gustav_Kirchhoff

http://es.wikipedia.org/wiki/Gustav_Kirchhoff

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuitos_el%C3%A9ctricos

http://es.wikipedia.org/wiki/Conservaci%C3%B3n_de_la_energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Igualdad_matem%C3%A1tica

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II.- PROCEDIMIENTO:

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS :

VOLTIMETRO

FUENTE DE ALIMENTACION

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CABLES DE CONECCION

MODULO DE RESISTENCIAS

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PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO:

1. Implementar el circuito mostrado enn las figuras anteriores ú otro circuito que indique el profesor, previa medición de las resistencias de los resistores (no conectar fuente):

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2. Conectar la fuente y seleccionar un voltaje de 20 voltios ú otro voltaje que indique el profesor o que le asigne Ud.

3. Medir con el multímetro las corrientes y voltaje en cada resistencia tomando en consideración el sentido y polaridad de los mismos.

4. Al finalizar la experiencia medir otra vez la resistencia de los resistores.

5. Medir la resistencia equivalente de cada circuito implementado.

6. Calcular con los datos experimentales de tensión y corriente en cada elemento del circuito su potencia correspondiente y elaborar su balance de potencia de elementos activos y pasivos del circuito correspondiente.

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN:

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Circuito N O 1:

Medidas tomadas con el Multímetro:

Elemento Valor Medido Tensión (Voltios)

Corriente(mA) Potencia(mW)

R1 19.82 KΩ 12.62 0.6367 8.0351R2 14.71 KΩ 7.42 0.5044 3.7426R3 26.74 KΩ 3.536 0.1322 0.4674R4 26.67KΩ 3.527 0.1322 0.4663R5 2.671 KΩ 0.025 0.0935 0.0023E 22.1 V

Medidas calculadas teóricamente:



R1 19.82 KΩ 12.59 0.6352 7.9972R2 14.71 KΩ 7.423 0.504 3.7412R3 26.74 KΩ 3.5029 0.131 0.4588R4 26.67 KΩ 3.493 0.131 0.4575R5 2.671 KΩ 0.349 0.131 0.0457E 22.1V

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Circuito N o 2:




R1 19.82 KΩ 2.88 0.1453 0.4184R2 14.71 KΩ 2.145 0.1458 0.3127R3 26.74 KΩ 5.035 0.1883 0.9481R4 26.67 KΩ 15.01 0.5628 8.4476RV 2.671 KΩ 5.035 1.885 9.4909E 22.1 V

Medidas calculadas teóricamente

Elemento Valor Medido Tensión (Voltios) Corriente(mA) Potencia(mW)R1 19.82 KΩ 2.8857 0.1456 0.4201R2 14.71 KΩ 2.1417 0.1456 0.3118R3 26.74 KΩ 5.0271 0.1880 0.9450R4 26.67 KΩ 14.969 0.5613 8.4021RV 2.671 KΩ 5.0277 0.2275 1.1438E 22.1 V

Circuito N o 3:




R1 19.82 KΩ 7.09 0.3577 2.5361R2 14.71 KΩ 4.128 0.2806 1.1583R3 26.74 KΩ 2.066 0.0773 0.1597R4 26.67 KΩ 2.06 0.0772 0.1590R5 2.671 KΩ 0.956 0.3579 0.3422RV 22.1 KΩ 7.86 0.3556 2.7950E 20 V

Medidas calculadas teóricamente:



R1 19.82 KΩ 12.2758 0.619365 7.6032R2 14.71 KΩ 6.40998 0.435757 2.7931R3 26.74 KΩ 4.9096 0.183607 0.9014R4 26.67 KΩ 1.5003 0.056255 0.0844R5 2.671 KΩ 1.31416 0.492012 0.6466RV 22.1 KΩ 2.81449 0.127352 0.3584E 20 V

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CUESTIONARIO:

I. Hacer un diagrama del circuito usado en una hoja completa, indicando sentidos de corrientes y polaridad de voltaje pedidos, así como los valores de las resistencias utilizadas.

Ver hojas anexadas.

II. Con los varlores medidos de tensión, comprobar la Ley de voltajes en cada malla haciendo notar el error en las mediciones.

Ver hojas anexadas.

III. Verificar de igual forma la Ley de Corrientes en cada nodo haciendo notar el error en las mediciones.

De la experiencia se pudo recoger los siguientes datos:

Para el primer circuito

ElementoValor nominal

(Ω)Valor real

(Ω)Tensión

Eléctrica (V)Intensidad de

corriente(I=V/R) (mA)

R1 19.86 19.82 12.62 636.73

R2 14.74 14.71 7.42 504.41

R3 26.80 26.74 3.536 132.23

R4 26.73 26.67 3.527 132.24

R5 2.67 2.671 0.025 9.359

Para el nodo 1 se verifica la ley de corrientes ya que sale I1=636.73 mA y entra I2 + I5 = 504.41+ 9.359 = 513.769 mA.

Se observa que hay un error el cual es:

Error = 636.73−513.769

637.73 * 100% = 19.311%.

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En el nodo 2 se observa que las corrientes que salen son:

I2+ I3=504.41 mA + 132.23 mA = 636.64 mA y entra I1=636.73 mA.

Se observa que hay un pequeño error el cual es:

Error = 636.73−636.64

637.73 * 100% = 0.0141%.

En el nodo 3 se observa que la corriente que sale es:

I4 =132.24 mA y entra I3=132.23 mA.


Error = 132.24−132.23

132.24 * 100% = 0.00756%

Para el segundo circuito


(Ω)Valor real

(Ω)Tensión



R1 19.86 19.82 2.88 145.30

R2 14.74 14.71 2.145 145.81

R3 26.80 26.74 5.035 188.29

R4 26.73 26.67 15.01 562.80

Rv 22.1 5.035 227.82


I1=145.30 mA y entra I2=145.81 mA.


Error = 145.81−145.30

145.81 * 100% = 0.349%.

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Iv+ I2 +I3 = 227.82 mA + 145.81 mA + 188.29 mA = 561.92 mA y entra I4=562.80 mA.


Error = 636.73−636.64

637.73 * 100% = 0.156%.

Para el nodo 3 se verifica la ley de corrientes ya que sale I4=562.80 mA y entra I1 +I3

+Iv= 145.30 mA + 188.29 mA + 227.82 mA = 561.41 mA.


Error = 562.80−561.41

562.80 * 100% = 0.247%.

Para el tercer circuito


(Ω)Valor real

(Ω)Tensión



R1 19.86 19.82 7.09 357.71

R2 14.74 14.71 4.128 280.62

R3 26.80 26.74 2.066 77.26

R4 26.73 26.67 2.06 77.24

R5 2.67 2.671 0.956 357.91

Rv 22.1 7.86 355.65


I1 = 357.71 mA y entra Iv=355.91 mA.


Error = 357.71−355.91

357.71 * 100% = 0.503%.

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I2+ I3=280.62 mA +77.26 mA = 357.88mA y entra I1=357.71 mA.


Error = 357.88−357.71

357.88 * 100% = 0.0475%.


I2+ I4=280.62 mA + 77.24 mA = 357.86 mA y entra I5=357.91 mA.


Error = 357.91−357.86

357.91 * 100% = 0.0139%.

IV. Explicar algunas justificaciones de los errores para los pasos anteriores.

Primera justificación del error es que estamos utilizando dispositivos reales en los cuales siempre hay un error en la medición,

Segunda justificación del error es que usamos cables cuya resistencia no conocemos y al momento de conectar al circuito hacen una resistencia adicional en la cual los valores de corrientes y voltajes ya no son los mismos.

V. Con las resistencias medidas, solucionar el circuito en forma teórica, indicando las tensiones y corrientes en cada elemento en un diagrama similar al punto 1.

Ver hojas anexadas.

VI. Comparar los valores teóricos y experimentales, indicando el error absoluto y relativo porcentual, comentando:

Error Absoluto:

Ea = lV real – V teóricol

Error Relativo:

Er = (Ea / V real) x100

CIRCUITO 1:

V real (Voltios) V teórico (Voltios)

Error Absoluto Error Relativo

R1 12.62 12.5946 0.0254 0.201%R2 7.42 7.4051 0.0145 0.2008%R3 3.536 3.5307 0.0053 0.149%R4 3.527 3.5215 0.0055 0.1559%

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R5 0.325 0.3526 0.0276 8.492%

CIRCUITO 2:

V real (Voltios)

V teórico (Voltios) Error Absoluto Error Relativo

R1 2.88 2.8857 0.0057 0.197%R2 2.145 2.1417 0.0033 0.153%R3 5.035 5.0271 0.0079 0.157%R4 15.01 14.9698 0.0402 0.267%Rv 5.035 5.0277 0.0073 0.145%

CIRCUITO 3:

V real (Voltios) V teórico (Voltios) Error Absoluto Error RelativoR1 7.09 12.2745 5.1845 73.124%R2 4.128 6.4106 2.2826 55.295%R3 2.066 4.90679 2.84079 137.501%R4 2.06 1.4988 0.5612 27.2427%R5 0.956 1.3141 0.3581 37.458%Rv 7.86 2.8133 5.0467 64.207%

Mediante la experiencia de laboratorio obtuvimos los valores reales de voltaje en cada resistencia de cada uno de los circuitos implementados para la realización del experimento. Sin embargo para efectuar el cálculo de los errores necesitamos comparar estos valores con otros, por lo que nos vimos en la necesidad de resolver cada circuito y hallar los valores teóricos de los voltajes en las resistencias.

Una vez hallados los voltajes teóricos los comparamos con los reales, observando que en los dos primeros circuitos los errores son muy pequeños posiblemente porque se implementó el circuito de manera adecuada. Por otra parte los errores en el circuito 3 son realmente significativos, debido probablemente a alguna mala conexión o a un mal uso del multímetro.

VII. Comentar sobre las posibles fuentes de error y observaciones sobre la experiencia realizada.

En la experiencia realizada hay varias fuentes de error como las condiciones ambientales, metodología de la medición, precisión limitada del experimentador, etc.

De todas ellas la principal fuente de error viene dada por los materiales proporcionados por el laboratorio, estos son las son los siguientes y sus posibles causas:

Multímetro: Este dispositivo contiene resistencia y elementos que cuya finalidad de pérdida es mínima pero no cero. Por otra parte también está el factor tiempo de antigüedad que vendría a hacer que los errores sean mayores

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Fuente DC: El error proporcionado por la fuente vendría a ser por el mismo hecho de la mala calibración de la salida de voltaje el cual no llega a ser exacto puesto que se evidencia en la pantalla analógica del equipo como este valor no permanece estático una vez regulado.

Panel Resistivo: Al igual que en el multímetro estos resistores debido a la antigüedad y su uso continuo ya no pueden dar valor exactos puesto que ya han sido sometidos diferentes voltajes y corrientes los cuales generan desgaste en su material variando su resistividad, cabe la posibilidad que también generen flujos inducidos debido a la corriente circulada, por lo cual sus propiedades no son las mismas que cuando el material es nuevo.

Cables de conexión: Notoriamente estos elementos generan gran % del error ya que por el mismo echo que sean conectores, también tienen su respectiva resistencia equivalente y esta crecerá a mayor sea la longitud del cable de conexión.

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IV.CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Se ha comprobado por la experiencia en el laboratorio que las leyes de Kirchhoff se cumplen en todo circuito eléctrico.

Se comprobó la gran exactitud en los valores medidos por el Multimetro.

También se comprobó que los cables de conexión son conductores casi ideales ya que casi no existe perdidas en el sistema eléctrico.

También usando el Multimetro y el código de colores verificamos los valores de cada resistencia de carbón de modulo, se comprobó que los valores coincidían.

Se comprobó también de las tablas hechas que los errores en la medición de la resistencia, voltaje, corriente en cada elemento son muy bajos y casi despreciables.

Primer laboratorio de Circuitos Electricos I

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