POTENCIA DE CORRIENTE CONTINUA: MONTAJE DEL EXPERIMENTO.

 

POTENCIA DE CORRIENTE CONTINUA: MATERIALES Y EQUIPOS y CIRCUITOS DE ANÁLISIS.

MATERIALES Y EQUIPOS.

- Tres resistencias (Focos de 220 V, 200 W).

- Cables de conexión con terminales tipo banana y tenazas con derivación. 

- Multímetro Digital.

- Vatímetro Analógico de laboratorio de precisión.

BV = 600 V BV = 15 – 450 V

BA = 10 A BA = 5 – 10 A 

- Fuente de corriente alterna 220V nominal

CIRCUITOS DE ANÁLISIS.

Conexión Serie:

Conexión Paralelo:

POTENCIA DE CORRIENTE CONTINUA: OBJETIVOS ESPECÍFICOS. y PUNTUACIONES TEÓRICAS.

OBJETIVOS.

- Medición de la Potencia de corriente continúa.

- Interpretación de la Potencia.

- Uso del Ratímetro.

- Interpretación de la papeleta de consumo de la energía eléctrica.

- Interpretación de la placa de un medidor

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

- Ley de Joule.

- Ley de Ohm.

- Unidad de Vatio.

- Transformación de energía.

- Renumeración

- Medición de energía

 PUNTUACIONES TEÓRICAS.

La potencia es la rapidez con la que se realiza un trabajo, es decir, en un determinado tiempo.

El trabajo realizado por una carga eléctrica al desplazarse en un círculo desde un punto A hasta un punto B, es:

W = q (VA - VB)

Si en un circuito existe un receptor que transforma la energía potencial en otra forma de energía, el valor de esta última para un paso de corriente por el receptor durante un tiempo t es:  

W = E = I * t (VA - VB)

Donde: I = q / t

Esta expresión corresponde a la energía consumida por el receptor en WR. La potencia eléctrica en Corriente Continua es aquella que en su totalidad se transforma en otro tipo de energía, cuyo trabajo es útil.

En el interior de un resistor, los electrones se mueven con una velocidad de arrastre constante, sin ganar energía cinética, cuando dicho resistor se somete a una diferencia de potencial eléctrico. La energía potencial eléctrica adquirida por los electrones se pierde y se transmite al resistor en forma de calor. A este efecto, se le llama calentamiento por efecto Joule. Se desarrolla una cierta cantidad de calor que es proporcional a la potencia, esta sigue la siguiente expresión:

P = I2 * R = V2 / R   (W)

Estas ecuaciones se conocen como la Ley de Joule y se aplican solamente en la transformación de energía eléctrica en energía calorífica. Otra forma de expresar la potencia es la siguiente:

P = I * V  (W)

La potencia de renumeración o costo de la energía eléctrica en función del tiempo por [Kwh.]

P =  W * t  [wh] = [Kwh]

 La cantidad de calor que produce un conductor al paso de corriente eléctrica, se encuentra en razón directa a la resistencia, al cuadrado e la intensidad de corriente y al tiempo, su expresión es:

Q = R * I2 * t * 0.24  (Cal)

La potencia en corriente continua se diferencia de la potencia eléctrica en corriente alterna, porque es netamente útil, esto quiere decir que cumple la misión de transformarse en otro tipo de energía aprovechable, sin embargo, este grado de utilidad esta limitado por el rendimiento del equipo a utilizar.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CONCLUSIONES

 Finalizada la práctica podemos llegar a las siguientes puntualizaciones más sobresalientes sobre la misma:

De la Resistencia:

• Un elemento resistivo demanda la misma corriente en Corriente Continua y Corriente Alterna a la     misma tensión, porque un amperio en Corriente Alterna calienta una resistencia a la misma                    temperatura que un amperio en Corriente Continua.
• La potencia transformada en una resistencia en Corriente Continua es la misma a la transformada en Corriente Alterna, esta es la misma tensión de alimentación.
• La corriente en Corriente Alterna se mide en valor eficaz y en Corriente Continua en valor medio.
• En Corriente Alterna la potencia en una resistencia está dada por:

   Corriente Continua esta dada por: Vcc Icc

• La forma de onda en ambas fuentes tiene la forma tradicional en Corriente Continua es    unidimensional y en Corriente Alterna es tradicional.

De la Bobina:

• En Corriente Continua una bobina se comporta como cualquier conductor que está en función de su resistencia, vale decir a mayor resistencia menor corriente y viceversa.
• En Corriente Continua se debe tener cuidado del nivel de tensión a aplicar a la bobina, por la      excesiva corriente generalmente debe ser de unos cuantos voltios.
• En Corriente Alterna una bobina se comporta como su nombre lo indica, es decir , cuando circula   corriente por ella crea un gran campo magnético que comparado con la parte resistiva del conductor, es mucho mayor, vale decir, su resistencia a la Corriente Alterna se denomina impedancia.

Por esta razón la corriente demandada por esta es pequeña.

• El factor de potencia en una bobina es 0 idealmente y aproximadamente 90 en una bobina real.
• La forma de onda de la corriente demandada por una bobina es no senoidal por la dependencia del Campo Magnético.
• Los componentes armónicos en la forma de onda son el del 3er  armónico, 5te armónico y 7º armónico.

Del Condensador:

• En Corriente Continua el condensador demanda una pequeña corriente eficiente para el cargado, de unos cuantos Amp.
• El cargado de un condensador se puede medir con un voltímetro de Corriente Continua y Corriente Alterna.
• La tensión define el cargado del condensador, es decir, a menor tensión, menor carga y a mayor tensión, también mayor carga.
• En Corriente Alterna, la corriente demandada por el condensador aumenta en comparación a los Amp. en Corriente Continua.
• Este incremento se debe a la potencia del condensador que es inversamente proporcional a su capacitancia.
• La forma de onda del condensador, es muy difícil de dibujar por el ondulado excesivo.
• Los componentes armónicos en esta carga son del orden 11 y 13 armónicos.
• En general las tres componentes tienen mucha aplicación en Corriente Alterna, la operación de los sistemas se puede llegar a comprender, siempre y cuando se conozcan básicamente a los tres receptores, es decir, desde Corriente Continua y luego en Corriente Alterna.
• La parte resistiva en una resistencia, es sinónimo de trabajo útil.
• La parte inductiva en un sistema es sinónimo de deformación de la forma de onda cuando B / H es no lineal y es sinónimo de bajo factor de potencia.
• La parte capacitiva en un sistema es sinónimo de corriente aletargada a la tensión y también de mucha ondulación en la forma de onda.

BIBLIOGRAFÍA

Circuitos Eléctricos I                              Ing. Oscar W. Anave León.

Circuitos Eléctricos I    Ing. Gustavo A. Nava Bustillo.

Electrotecnia                  GTZ Alemana.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 11

Explique la razón por la cual, la forma de onda real de la bobina y el condensador no tienen el lugar geométrico de una función seno o coseno.

La forma de onda de una bobina conectada en Corriente Alterna, no tiene la forma de onda senoidal tal cual vimos en el osciloscopio, la razón de la existencia de esta forma de onda se debe básicamente al siguiente hecho:

• La relación  es diferente a la unidad, razón por la cual existirá un comportamiento alineal de esta relación, ello porque, es el circuito magnético quien se encarga de distorsionar la onda de corriente, por que la corriente demandada por esta tiene una componente fuertemente inductiva, encargada de la inducción del circuito magnético.
• Si la relación B / H tiende a la unidad, entonces estaremos entrando a una zona de comportamiento como filtro de la bobina, es decir, cuando la operación de la bobina no depende exclusivamente del circuito magnético, cuyo comportamiento ahora es lineal.
• Existen tres zonas de comportamiento de la bobina, visto en la práctica, la primera, zona de subsaturación del circuito magnético, donde la forma de onda es no senoidal y la corriente demandada por la bobina es predominantemente reactiva magnetizarte; la segunda, zona de saturación, donde la forma de onda es senoidal y la corriente demandada por la bobina, no es predominantemente reactiva magnetizarte; por último la tercera, zona de sobresaturación, donde la forma de onda es no senoidal, consecuencia del consumo de corriente que es predominante reactiva sobre magnetizarte.

Un condensador distorsiona la forma de onda de corriente, por las constantes de carga y descarga del condensador en función a la frecuencia industrial de la alimentación.

La forma de onda del condensador varía en función de los siguientes parámetros:

• Frecuencia, si esta es menor, la forma de onda se mejorará.
• Corriente de fuga, si esta es mayor, la forma de onda se mejora apreciablemente.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 10

 

Podemos observar que se a opuesto al paso de la corriente al conectar un resistor adicional (la bombilla se enciende con retraso), esta resistencia es grande al principio (la bombilla estaba apagada) y pequeña después del proceso de conmutación (gran luminosidad). Cuando varía la intensidad de la corriente en la bobina, aparecerá simultáneamente un campo magnético variable, que provoca un fenómeno de inducción (Ley de Faraday). La nueva tensión inducida se opone a la tensión exterior, la conectada al circuito (Ley de Lenz), con lo que esta última sólo podrá aumentar paulatinamente. La tensión inducida desparece cuando la intensidad de la corriente ya no varía.

En una bobina aparece una tensión de autoinducción cuando varía la intensidad de la corriente.

El resultado del experimento y los razonamientos consiguientes nos han mostrado que la corriente y la tensión en una bobina varían en sentidos opuestos. La corriente parte de una intensidad nula al conectar y crece poco a poco hasta alcanzar su valor máximo. La tensión total se reparte entre la bobina y la bombilla (conexión serie). En el instante de cierre, la tensión en la bobina ha de ser máxima. Al aumentar la intensidad irá decreciendo la tensión en la bobina y aumentando en la bombilla (que se enciende).

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 9

 9. Explique las  diferencias que existe en la operación de los parámetros RLC en Corriente Continua y en Corriente Alterna.

- Como podemos ver en el parámetro R, la tensión esta en base a la corriente, lo cual se puede ver en         

    el diagrama senoidal (𝟇 = 0º).

- Para el parámetro L vemos que la tensión está adelantada en T/4 (un cuarto de periodo con relación    

    a la corriente) o sea (𝟇 = 90º).

- Finalmente en el parámetro C la tensión está T/4 atrasada (un cuarto del periodo atrás con la    

    corriente), o sea (𝟇 = - 90º).

- La corriente que demanda en Corriente Continua está limitada por la resistencia de la bobina, pero como generalmente esta es pequeña, entonces la corriente es muy grande y en Corriente Alterna la corriente está limitada no sólo por su resistencia, sino también por la reactancia que es función del número de espiras y de la sección del núcleo.

- La corriente que demanda este parámetro en Corriente Continua es muy pequeña, suficiente para el cargado de las placas de acuerdo a la tensión aplicada y el tiempo de cargado es muy pequeño. En Corriente Alterna la corriente es constante, es decir, nos indica el cargado y descargado del condensador, pero en función directa de la frecuencia y capacidad, es decir:

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 8

 Realice un diagrama fasorial  ideal y real de los parámetros involucrados en ambas fuentes.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 7

 7. Realice un diagrama senoidal ideal y real de cada uno de los parámetros realizados.

Parámetro R.

Parámetro L.

Parámetro C

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 6

 La capacidad es la medida de la aptitud de un condensador para retener la carga. La capacidad C de un condensador individual se determina como la relación entre su carga q y su potencial ∅. 

Entonces   C = q/∅

El término “Capacidad” se adoptó, cuando la electricidad se imaginaba en forma de fluido que circula por el conductor.  El término no es tan acertado, ya que provoca la idea de que un condensador puede contener una cierta cantidad de electricidad. En realidad, la magnitud de la capacidad, sólo determina qué cantidad de carga recibe a una tensión dada.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 5

 Explique por qué la corriente es pequeña cuando un condensador es sometido a corriente Continua.

Para explicar este fenómeno nos basaremos en las diferentes corrientes presentes en un capacitor sometido a Corriente Continua.

Corriente Capacitiva.

El aislamiento se puede considerar como el dieléctrico de una capacitor, que al aplicarle tensión continua aparece enseguida una pequeña circulación de corriente, que se denomina corriente de carga del capacitor y que la misma disminuye a medida que pasa el tiempo, aproximadamente 15 segundos.

Corriente con Absorción Dieléctrica.

Se denomina así, aquella corriente que circula debido a la baja resistencia inicial del dieléctrico, es decir, en el momento de conexión de la fuente (15 segundos). Esta corriente tiene una velocidad de decrecimiento mucho menor que la corriente capacitiva, es decir, puede tardar en llegar a cero después de algunos minutos y hasta después de alguna horas.

Corriente de Conducción.

Es la corriente que atraviesa un aislamiento, corriente de un dieléctrico, alcanzando un valor que es prácticamente constante.

Ahora, si sumamos las tres corrientes anteriores, obtendremos una corriente cuya forma de onda es exponencial en su inicio, y adquiere un valor invariable, casi constante, en seguida que la corriente de absorción decrece a un valor insignificante.

Corriente de Fuga.

Es la corriente característica de circulación de un aislamiento, es decir, es aquella pequeña corriente que circula por la periferia del aislamiento y es de magnitud constante que junto a las anteriormente mencionadas, nos muestran con claridad, las condiciones de calidad de un aislamiento.

Cuando se alimenta con una fuente de Corriente Continua a un condensador, aparece de pronto en el circuito una corriente de magnitud pequeña y de corta duración, vale decir, que requiere una  dQ / dT de magnitud pequeña, para cargar un condensador en Corriente Continua, esta magnitud está en función de la tensión aplicada en los bornes del condensador, si es mayor habrá más cargas ligeras del condensador a la fuente y viceversa, ocurriendo lo contrario si disminuye la tensión.

Esta aparición de corriente es de corta duración porque es necesario sólo hasta que se cargue el condensador y este proceso se realiza en tiempos muy cortos.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 4

 Explique como se forma el Coeficiente de autoinducción en una bobina.

La inductancia es la propiedad de la bobina cuando es recorrida por la corriente. Cuantitativamente se define como la relación entre el flujo enlazado del circuito  y la corriente I que produce este flujo total, o sea, L = 𝛹*I.

El flujo magnético y el flujo enlazado dependen de la corriente que los excita; en los casos elementales son proporcionales a la corriente. Puesto que la corriente siempre excita al campo magnético, cualquier circuito eléctrico y cualquiera de sus elementos deben poseer inductancia, ya que es relativamente muy pequeña.

La unidad de inductancia en el sistema SI, es el Henrio (H), puede expresarse por las unidades de flujo enlazado y de intensidad de corriente:

El flujo enlazado en un circuito cambia al variar la corriente que circula por él, por tanto, con la variación de la intensidad de corriente en el circuito por el que circula esta corriente se induce una  f.e.m. que se llama f.e.m. de autoinducción.

En concordancia con la expresión de la f.e.m. de autoinducción, la inductancia es también el coeficiente de proporcionalidad entre la variación de la intensidad de corriente en el tiempo y la f.e.m. inducida de autoinducción.

La f.e.m. de autoinducción se opone a la variación de la intensidad de corriente en el circuito, lo que indica el signo negativo de la expresión de la f.e.m. y lo que corresponde al principio de Lenz. Al conectar el circuito que tiene la inductancia a una fuente de tensión constante U, la inductancia da lugar a una fenómeno transitorio, en el cual (a menudo durante un intervalo corto después del cierre del circuito) la intensidad de corriente en el circuito se denomina por la accion conjunta de la tensión de la fuente de energía U y la f.e.m. de autoinducción e, o sea, i = (U+e) / r , de este modo, la tensión de la fuente de energía se equilibra por la f.e.m. de autoinducción:

Por consiguiente, en el circuito R, L hay que distinguir la intensidad de la corriente durante el fenómeno transitorio y la intensidad de corriente establecida, ya que se determina por la ley de Ohm: 

I = U/R

La variación del flujo es debida a la variación de la corriente con lo que obtenemos la siguiente cadena de efectos:

Por tanto, podemos sustituir la variación  del flujo por 𝛥I, que es su causa. Como entonces los dos miembros de la ecuación no tendrán las mismas unidades, debemos escribir la relación con el signo de proporcionalidad:

Esta relación es válida para fenómenos de inducción y autoinducción. Sin embargo, la tensión de autoinducción en la bobina no depende solamente de la variación de la intensidad en la bobina sino también de la estructura de esta. Dentro las características de una bobina para que afecte la autoinducción, se encuentra el numero de espiras.

El coeficiente de autoinducción también podemos representarlo en función a las características de construcción de una bobina como: 

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 3

 3. Explique la reducción de Corriente en el parámetro Inductivo cuando se ensaya en corriente alterna.

La corriente demandada por la bobina en corriente continua, es apreciable para una excitación de 2.45 V y en corriente alterna a 126 V es mucho mas pequeña 200 mA esta disminución se debe al campo magnético variable, es decir, la corriente será:

Y no como en Corriente Continua:

Donde: XL es la reactancia inductiva y es función de 2fL, y L es el coeficiente de autoinducción de la bobina, entonces:

     

La corriente es inversamente proporcional al coeficiente de autoinducción de la bobina, para “L” mayor, “I” menor y viceversa.

El coeficiente de autoinducción es función directa del tipo de construcción y del tipo de operación.

La disminución de corriente, en Corriente Alterna. se debe a que una bobina trabaja como tal en Corriente .Alterna, es decir, recibe este nombre por un elevado campo magnético en comparación con la transformación de energía (Resistencia).

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 2

 1.            De acuerdo al circuito 2, en Corriente Continua del parámetro L, se usa un reóstato. ¿Cuál es la función de este dispositivo?

 -  La función de este reóstato es provocar una caída de tensión para que la demanda de    corriente en la inductancia no sea tan elevada y no se realice un corto circuito, ya que en corriente continua la demanda de corriente en alta, debido al comportamiento como  conductor de la bobina.

-  Si aplicamos corriente continua al parámetro L en forma directa la relación I = V / R será  muy grande debido a que R es muy pequeño, ahora, para limitar este valor en Amperios, se apela a un reóstato cuya conexión en serie con la bobina limita el paso de la corriente en este circuito. Por ejemplo, en la práctica usamos una bobina de 500 espiras y 2.5 [W], si alimentamos una tensión de 30 [V], entonces tendremos aproximadamente 12 [A].

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CUESTIONARIO Parte 1

1. ¿A qué atribuye que la corriente demandada por una resistencia es la misma en Corriente Continua y en Corriente Alterna?.

- La capacidad de disipación de energía en forma de calor en ambos casos es la misma dado que la relación voltaje – corriente se mantiene constante para ambos casos.

- La resistencia en corriente alterna y continua es la misma, pero su reactancia es despreciable siendo su impedancia igual a su resistencia, por lo tanto no habrá variación de corriente cuando es sometido a la misma tensión tanto en alterna como en continua.

- Cuando se conecta la resistencia en Corriente Alterna, entonces el receptor actúa frente a esa fuente con su impedancia, es decir:

Z = R + jXL

Donde R es la resistencia vista y medida en la parte de Corriente Continua, pero XL depende de la inductancia y de la frecuencia, esto quiere decir que la resistencia usada (lámpara incandescente) que funciona en vacío, no produce un apreciable campo magnético.

Por lo que puede despreciarse su magnitud y por este hecho XL = 0 y la impedancia Z = R, bajo esta condición, la corriente será:

En corriente continua:

I = V / R

En corriente alterna:

I = V / Z = V / R

1 ampere efectivo (en corriente alterna), es aquella corriente alterna que calienta un conductor con la misma rapidez que 1 ampere de corriente continua.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - LECTURA DE DATOS

En Corriente Continua.-

	V [V]	I [A]	X	Z	FP
R	85	0.54		-	-
L	77	0.94		-	-
C	248	0.002[mA]		-	-

En Corriente Alterna.-

	V [V]	I [A]	X	Z	FP
R	85	0.54	-	-	-
L	213	0.52	-	-	-
C	214	1.6	-	-	-

 

 

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - EJECUCIÓN

•  Seleccionar los parámetros R-L-C a usar en la practica, en función de la corriente y tensión por ellos admisible en base al circuito de análisis.
• Regular la fuente de tensión de acuerdo al circuito de análisis tanto en corriente continua con de alterna.
• Preparar el osciloscopio para capturar la forma de onda de corriente, referido a la amplitud, multiplicador, frecuencia, reóstatos sensado de 1 ohm, etc.
• Usar una lámpara de 200 [W], 220 [V] para aplicar en corriente continua y corriente alterna, en esta prueba verificar que el nivel de tensión de ambas fuentes es la misma y usar un amperímetro digital, luego visualizar la forma de onda.
• Usar una bobina de 500 espiras y 2.5 [A]para la segunda prueba, en estas se debe tener cuidado cuando la bobina va a ser sometida a corriente continua según el circuito de análisis, se debe conectar en serie junto a un reóstato para limitar el paso de la corriente. Leer corriente y tensión en ambos circuitos y dibujar la forma de onda de la corriente demandada en corriente alterna, hacer variare el circuito magnético de la bobina y observe la magnitud de la corriente y su forma de onda, las mismas les servirán para evaluar y concluir sobre la operación de la bobina en corriente alterna.
• Usar un condensador de 24 [F] y 300 [V] para la tercera prueba, en esta para el caso de la corriente continua se debe tener cuidado de la pequeña corriente unidireccional generalmente de unos cuantos  microamperios, variar el nivel de tensión de alimentación y observar la deflexión de la aguja del amperímetro para evaluar y concluir; para el caso de la corriente alterna, se debe observar la corriente demandada por el condensador y comparar con el de corriente continua y concluir sobre la diferencia, visualizar y dibujar la forma de onda en este caso. Y variar la magnitud de tensión en la alimentación y observar la magnitud de corriente demandada, principalmente la forma de onda.
• Realizar la lectura de datos y llenar la tabla correspondiente para cada caso para su posterior análisis y evaluación.
• Tener cuidado en el uso del multimetro utilizado, tanto en corriente continua como en corriente alterna, principalmente al cambiar de tensión y corriente.

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - Montaje del experimento

 

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - CIRCUITOS DE ANÁLISIS

Parámetros R - L - C en Corriente Continua Y Corriente Alterna - MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR.

•  Tablero de lámparas (Resistencias).
• Bobina con núcleo de hierro.
• Fuente de alimentación  de corriente continua.
• Fuente de alimentación  de corriente alterna. 
• Transformador
• Osciloscopio.
• Voltímetro amperimétrico.
• 5 reóstatos.
• Transformador.
• Capacitor de 24 [F].
• Chichotillos de prueba (tipo banana, pinza).
• Cables.