ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ÁREA DE CIRCUITOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS, E INTELIGENCIA ARTIFICIAL
LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
INFORME DE: Tecnología Eléctrica Análisis de Circuitos Eléctricos I Análisis de Circuitos Eléctricos II
P r ácti cti ca #: 10 Tema:
Medición de Potencia.
F echa de R ealiz li zació ci ón: 2013/10/31
Álvarez Alumno (s): Álvarez
Washington Malliquinga Mayra
(Espacio Reservado) Fecha de entrega:____/___/___/ entrega:____/___/___/ año
mes día
Grupo:
J12TE #01
f.______________________ f.______________________ Recibido por:
Sanción: ___________________________________________ Período:
Julio/2013 – Diciembre/2013 Diciembre/2013
1. OBJETIVO: Comparar las mediciones de potencia activa mediante el uso del voltímetro amperímetro y del vatímetro. Explicar el comportamiento de elementos no lineales. Comparar las potencias en circuitos serie y paralelo energizados por la misma diferencia potencial.
2. TEORIA: VATÍMETRO
Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella. El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente.
VATIHÓMETRO
La bobina de corriente se conecta en serie con la línea, y la bobina de voltaje se conecta a través de la línea. Ambas bobinas son devanadas en un marco metálico de diseño especial, con lo que se tienen dos circuitos magnéticos. Un disco de aluminio ligero se suspende en el entrehierro del campo de la bobina de corriente, el cual produce corrientes inducidas que circulan en el disco. La resistencia de las corrientes inducidas y el campo de la bobina de voltaje crean un par (acción de motor) en el disco, haciendo que éste gire. El par desarrollado es proporcional a la intensidad de campo da la bobina de voltaje y a las corrientes inducidas en el disco, las cuales son funciones de la intensidad de campo de la bobina de corriente. El número de vueltas del disco es proporcional a la energía consumida por la carga en un determinado tiempo y se mide en términos de kilo watts-hora (Kwh.). El eje que soporta al disco de aluminio se conecta por medio de un arreglo de engranes en un mecanismo de relojería situado junto a la carátula del medidor; esto proporciona una lectura calibrada en forma decimal del número de Kwh.
F ORMAS DE CONEXI ÓN DEL VATÍMETRO
Un vatímetro se puede conectar a una carga de dos formas diferentes. Para disminuir en lo posible los errores sistemáticos de medición, es conveniente que la resistencia de la bobina fija sea lo menor posible, mientras que la resistencia de la móvil debe ser lo mayor posible.
PRIMERA:
La corriente que circula por la bobina de corriente (fija) es la misma que circula por la carga R, pero el voltaje entre los extremos de la bobina de voltaje (móvil) es igual a la suma del voltaje entre los extremos de la bobina de corriente más el de R. En esta configuración, la potencia medida por el vatímetro es
igual a la suma de la potencia disipada por la carga más la potencia disipada por la bobina de corriente. La medición será más exacta cuanto mayor sea la carga R con respecto a la resistencia interna de la bobina de corriente. Las bobinas de corriente tienen resistencias cuyos valores se encuentran alrededor de los 0,1.Se produce un error de corriente.
SE GUNDA:
El voltaje entre los extremos de la bobina de voltaje (móvil) es igual al de la carga R, pero la corriente que circula por la bobina fija es la suma de la corriente por R más la corriente por la bobina móvil. En este caso, la potencia medida por el vatímetro es igual a la suma de la potencia disipada por la carga más la potencia disipada por la bobina de voltaje. La medición será más exacta cuanto mayor sea la resistencia de la bobina de voltaje con respecto a la resistencia R. Las bobinas de voltaje tienen resistencias del orden de 6 a 12 KW, esto es, no presentan resistencias internas muy altas. Por lo que en general, las mediciones se verán afectadas por un error sistemático debido al efecto de carga producido por la bobina móvil. Se produce error de voltaje. Representación esquemática de la segunda forma de conexión de un vatímetro.
E RRORE S COME TI DOS
Aunque se hagan correctamente las conexiones a un wáttmetro de dinamómetro, se tiene un error en las mediciones. Este error se origina por la potencia necesaria para mantener el campo magnético de los devanados estacionarios y la potencia consumida por la caída de voltaje a través de la rama de voltaje. A 5A, la pérdida de potencia por las bobinas de corriente es de unos 0.8W. A 115V, la pérdida de potencia en el circuito de la bobina da voltaje es de aproximadamente 2.9W. Este error es pequeño si se trata de medir grandes potencias, pero puede ser apreciable si las potencias medidas son pequeñas (de 5W o menos).
3. EQUIPO A UTILIZARSE. Fuentes: Elementos: Equipo de medida: Elementos de maniobra
4.
1 Auto-transformador. 3 Lámparas incandescentes de 25 w, 40 w y 25 w. 1 Voltímetro de AC. 1 Amperímetro AC. 1 Vatimetro Monofásico. 1 Interruptor Doble con Protección. 4 Interruptores Simples Juego de Cables
PROCEDIMIENTO PRÁCTICO
4.1. Explicación del instructor sobre la conexión del vatímetro y los errores, así como de los objetivos y tareas en el laboratorio. 4.2. Armar el circuito de la figura 1.
4.2.1 Incrementar en pasos de 20 el valor de voltaje de alimentación hasta completar 120 V, medir: voltaje, corriente y potencia para cada valor de voltaje, anotar dichos valores. 4.3. Armar el circuito serie de la fig. 2 con los elementos de protección y maniobra necesarios. 4.3.1 Anotar las medidas de: corriente, voltaje y potencia en cada elemento incluyendo la fuente. 4.4. Armar el circuito paralelo de la fig. 3 con los elementos necesarios de protección y maniobra. 4.4.1 Anotar las medidas de: voltaje, corriente y potencia en cada elemento incluyendo la fuente.
5.
CUESTIONARIO:
5.1. Presentar para cada circuito un cuadro en el que consten las medidas efectuadas, calculadas y errores porcentuales para cada circuito (adjuntar un ejemplo de cálculo para cada valor del cuadro). CIRCUITO 1
TABLA DEL CIRCUITO 1:
Voltaje de la fuente 20 v 40 v 60 v 80 v 100 v 120 v
Corriente medida (A) 0.1 0.13 0.15 0.17 0.2 0.21
Potencia Potencia Medida Calculada (w) (w) 3 2 5.5 5.2 10 9 15 13.6 20.5 20 26.5 25.2
%E 50 5.77 11.11 10.3 2.5 5.15
EJEMPLO DE CÁLCULO:
=∗ % =
=20∗0.1=2()
│ − │ ∗ 100
% =
CIRCUITO 2
│3−2│ ∗ 100 = 1.23% 2
TABLA DEL CIRCUITO 2:
Elemento
Voltaje medido (V)
25 (w) 40 (w) 25 (w) Fuente
40 18 51 120
Corriente medida (A) 0.13 0.13 0.13 0.13
Potencia Potencia Medida Calculada (w) (w) 5.5 5.2 2.5 2.34 7 6.63 17 15.6
%E 5.77 6.84 5.58 8.97
EJEMPLO DE CÁLCULO:
=∗ % =
= 40 ∗ 0.13 = 5.2()
│ − │ ∗ 100
% =
│5.5 − 5.2│ ∗ 100 = 5.77% 5.2
CIRCUITO 3 Elemento
Voltaje medido (V)
25 (w) 40 (w) 25 (w) Fuente
120 120 120 120
Corriente medida (A) 0.21 0.33 0.195 0.74
Potencia Potencia Medida Calculada (w) (w) 26.5 25.2 40 39.6 24 23.4 89 88.8
%E 5.16 1.01 2.56 0.22
EJEMPLO DE CÁLCULO:
=∗ % =
=120∗0.21=()
│ − │ ∗ 100
% =
│26.5 − 25.2│ ∗ 100 = 5.16% 25.2
5.2. Presentar los gráficos de: I vs. V y P vs. V para el circuito de la figura 1. comentar los gráficos obtenidos. INTENSIDAD VS VOLTAJE: ++++++++++ POTENCIA VS VOLTAJE: I vs. V
P vs. V
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0 0
50
100
150
0
50
100
Podemos observar que en los dos casos tanto la corriente como la potencia en el circuito aumentan de manera lineal por lo que podemos observar en los dos casos a medida que aumenta el valor del voltaje de la fuente, esto se explica en el hecho de que para la potencia es una multiplicación de los otros valores y se relacionan directamente.
150
5.3. Desarrollar un comentario sobre las medidas de voltajes en el circuito de la fig. 2. (en relación a LVK y a las propiedades del circuito serie). En este caso nos encontramos en un circuito en que sus elementos se encuentran conectados en serie, es decir, la corriente que circula por estos es la misma según las leyes de Kirchhoff, además para el circuito cerrado el voltaje que nos da la fuente debe ser igual al voltaje de los focos por tener una resistencia interna generan una caída de tensión, al ver los datos y sumar vemos que se asemeja a lo ideal pero no se cumple por ser real, los focos de 25W tienen casi el mismo voltaje por ser de igual diseño. 5.4. Desarrollar un comentario sobre la medida de las corrientes en el circuito de la fig. 3. (en relación de las LCK y las propiedades del circuito paralelo). Sucede algo similar a la figura 2 pero en este caso al ser conexión en paralelo es el voltaje e l que se mantiene igual para cada uno de los focos, mientras la corriente se divide para cada foco teniendo valores similares entre los focos de 25 W , aquí la corriente total debe ser igual a la suma de las corrientes de cada uno que se aproxima como vemos en la tabla, se ve que el foco de 40W consomé más energía lo que era de esperarse.
5.5. Determinar la relación de V parciales vs. Vtotal para el circuito de la fig. 2 y de I parciales vs. Itotal para el circuito de la fig. 3 comentar los resultados.
La relación entre los voltajes parciales y el voltaje total (fig. 2) son: VT=120 ) = 0.33
) = 0.15
) = 0.425
De haber sido un experimento ideal la suma de las relaciones nos hubiera dado el valor de uno, pero como vemos esto no sucedió en el experimento porque hubo partes donde cometimos errores como al momento de tomar medidas o por los instrumentos pero el valor se acerca y nos da un error muy razonable, en este caso fue el voltaje el que variaba en cada foco por haber estado conectados en serie.
La relación entre las intensidades parciales y la intensidad total (fig. 3) son: I t=0.74 0.21 0.33 0.195 = = 0.28 ; = = 0.45 ; = = 0.26 0.74 0.74 0.74
En este caso las corrientes son las que varían y la corriente total es la que calculamos antes de que entre a la conexión en paralelo, asumimos que debido a los mismos factores que en la figura 2 no pudimos obtener el valor ideal de 1 al sumar las relaciones de las corrientes.
5.6 Determinar la relación de P serie/ P paralelo y argumentar la respuesta sobre esta relación (circuitos de las fig. 2 y 3). . 6. ) = . = 0.20 ) = . = 0.062 ) = = 0.29 Total
= = 0.19
Como podemos observar la potencia en serie es menor que la potencia en paralelo esto es debido a que en el circuito en paralelo el voltaje es mayor ya que este es dado directamente de la fuente y su valor para cada resistencia no cambia, en cambio mientras que en el circuito en serie por el divisor de voltaje, el voltaje va variando dependiendo de las resistencias.
6.1. Conclusiones. STALYN ÁLVAREZ
Podemos observar que el valor de las potencias en paralelo es mayor que cuando se encuentran en serie, y de manera similar entre la corriente total cuando está en serie con cada corriente de la conexión en paralelo. En cada caso dependiendo del tipo de conexión los valores que se dividen para cada elemento deberían ser iguales al total entregado, aunque no fue exacto se acercó mucho al valor real. Comprobamos la teoría aprendida que debe cumplirse en un circuito cerrado como la suma de voltajes debe ser igual a cero, y que la corriente no varía en conexiones en serie, eso lo comprobamos con voltímetros y amperímetros. El vatímetro es un instrumento muy útil que se conecta para medir tanto corriente como voltaje y al ser la potencia una relación directa entre las 2 nos entrega un resultado en base a lo que mide. Los focos de bajo potencial producen mayor baja en la tensión por tener resistencias internas muy altas, además consumen menos energía que el de 40W porque generan menor energía luminosa, se observa en las tablas de datos.
6.2. Recomendaciones y Sugerencias. STALYN ÁLVAREZ Revisar las conexiones del vatímetro que se encuentren de forma correcta y al momento de tomar la medida usar el factor de multiplicación para tener la medida correcta. Evitar tomar medidas erróneas por paralelaje, siendo lo más exactos posibles y usando las escalas adecuadas. Como no tenemos idea de los valores de corriente y voltaje que vamos a tener usar las escalas más altas e ir reduciéndola a medida hasta encontrar la que nos permita hallar la precisa que nos permita observar la mayor cantidad números de cifras significativas. Comprobar que los cables que vamos a utilizar para armar los circuitos estén en buenas condiciones ya que si no lo están estos podrían variar nuestros resultados al momento de realizar las mediciones. Calcular primero los valores teóricos para ver si los valores medidos no exceden un límite de margen de error para poder verificar que las conexiones estén bien hechas. 6.3. Posibles Aplicaciones.
El uso de este tipo de circuitos es muy importante ya que nos permite calcular voltajes y determinar en este caso el valor de la potencia en cada elemento que conforme el circuito eléctrico. La conexión de las lámparas incandescentes es muy común en la vida diaria, ya que se las tiene en todas las conexiones de nuestros hogares donde se aprovecha las características de los circuitos en serie y en paralelo, las lámparas en paralelo se las tiene en las conexiones domiciliarias de iluminación y la conexión en serie se tiene por ejemplo en las luces navideñas. El uso de esta práctica es muy importante cuando tengamos circuitos similares ya que podemos usar los métodos establecidos en esta práctica.
Al conocer el tipo de circuito podemos realizar diferentes tipos de instalaciones eléctricas ya sea en casas o edificaciones, siempre aprovechando las propiedades de cada circuito.
6.4. Bibliografía Consultada.
http://html.rincondelvago.com/vatimetro.html http://es.wikipedia.org/wiki/Vat%C3%ADmetro http://html.rincondelvago.com/vatimetro.html http://html.rincondelvago.com/potencia_1.html http://www.labc.usb.ve/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/Cap11.p df
http://html.rincondelvago.com/medicion-electrica_instrumentos.html http://wapedia.mobi/es/Contador_el%C3%A9ctrico http://apuntes.rincondelvago.com/electrotecnia_elementos-no-lineales.html
