ESCUELA POLITECNICA NACIONAL AREA DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS EL ÉCTRICOS Y MEDICIONES ELÈCTRICAS
LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Informe de:
Tec Tecnolog logía Eléc Eléctrica ica Análisis de Circuitos Eléctricos I Análisis de Circuitos Eléctricos II Prá Pr áctica tica #: 04
T ema: AL M A CENAM CE NAMII E NTO NT O DE E NERGI NER GI A
Fecha de Reali alización: 201 2012 / 09 / 22 año
mes mes
día día
Realiza alizado do por por:: Alumno (s):
RENATO RENATO DIAZ DIA Z
Grupo:
L3ACI-02
SARA VALLA VAL LAD DARES
(Espacio Reservado) Fecha cha de entre ntrega: 2012 / 09 / 24
año mes día día
Sanción: Per Período íodo:
f. ______________________ Recibido cibi do por: por:
________________________________________________ E ne - J un J ul - Dic
1. TI TUL O: AL MACENAMIENTO DE ENERGI A
2. OBJ ETIVO: •
Visualizar el proceso dealmacenamiento de energía en un capacitor mediante mediciones de voltaje y la intensidad de corriente, tomados a intervalos de tiempo.
3. TEORIA: REL ACIONES VOLTAJ E-CORRIENTE EN:CAPACITORES E INDUCTORES EN EL DOMINIO DEL T IEM PO. INDUCTOR Relaciones V-I
CAPACITOR Relaciones V-I
CONDICIONES INICIAL ES DE ENERGIA QUE I NTERVIENEN EN LOS CAPACI TORES ALIMENTADOS CON UNA FUENTE DE ENERGI A DC DE VAL OR CONSTANTE PROCESO DE CARGA: Los valores deVc e Ic en cualquier momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:
Vc =E +( Vo - E) e-T/ t , Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios)
Ic =( E - Vo ) e-T/ t/ R Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios)
VR =E e-T/ t Donde : T =R x C E=Voltaje de la fuente. e =2,718(base de los logaritmos naturales)
PROCESO DE DESCARGA: Los valores deVc e I en cualquier momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:
Vc =Vo e-t / T I =-(Vo / R) e-t / T Donde: T =RC es la constante de tiempo
NOTA: Si el condensador había sido previamente cargado hasta un valor E, hay que reemplazar Vo en las fórmulas con E
EXPRESIONES DE ENERGIA AL MACENADA EN CAPACITORES E I NDUCTORES
Energía almacenada en el Capacitor
Energía almacenada en el Inductor
4. PARTE EXPERIMENTAL : •
ESQUEMAS
•
EQUIPO UTILIZADO: o
Fuentes:
1 Fuente de D.C
o
Elementos:
1 Capacitor decádico (10 μ F) 1 Banco de resistencias (2.7 MΩ)
o
Equipo de medida:
1 Multímetro digital
o
•
Elementos de maniobra y protección:
1 Interruptor bipolar con protección 1 juego de cables 1 Conmutador de una vía
TRABAJ O PRÁCTICO: 1. 2. 3. 4.
Exposición del profesor sobre los objetivos y el método de conseguirlo. Anotar en la Hoja de datos las características del equipo y elementos dados. Armar el circuito de la figura1, incluyendo el equipo de maniobra y protección. Con el conmutador en la posición neutra(sin conexión), insertar el Amperímetro digital entre R y C. Seleccionar el voltaje de la fuente al valor señalado por el instructor. Asegúrese de que el capacitor esté completamente descargado (cortocircuitar los terminales). 5. A partir de un instante referencial (t=0), conectar el conmutador en la posición (a) y proceder a tomar lecturas de corriente, las primeras 10 mediciones cada 10 segundos, las siguientes mediciones (a partir de n=11)cada 20 segundos, hasta completar un tiempo total de 3 minutos. 6. Terminado el proceso anterior, inmediatamente, conectar el conmutador en la posición (b), proceder a tomar las medidas de corriente como el caso anterior. Nuevamente desdeun instante referencial (t=0) y 7. Con el conmutador en la posición neutra, retirar el Amperímetro e insertar el Voltímetro en el capacitor, asegúrese que el capacitor este completamente descargado. 8. A partir de un instante referencial (t=0), conectar el conmutador en la posición (a) y proceder a tomar lecturas de voltaje las primeras 10 mediciones cada 10 segundos, las siguientes mediciones (a partir de n=11) cada 20 segundos, hasta completar un tiempo total de 3 minutos. 9. Terminado el proceso anterior, cambiar inmediatamente el conmutador en la posición (b) y proceder a tomar las medidas de voltaje como en el caso anterior. 10. Anotar el diagrama circuital del banco de capacitores.
5. DATOS EXPERIMENTAL ES: La presentación de los datos y valores obtenidos en la experiencia de Laboratorio se detallan a continuación:
Equipos Fuente DC Multímetro Digital Resistencia
Características ΩMEGA - 0-28V y 0-2,5A
GWinstek GBM – 8135 20A – 200 V – 20MΩ 2.7MΩ
TI EMPO(s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180
CARGA DESCARGA VOLTAJ E(V) CORRIENTE (μA) VOLTAJ E(V) CORRIENTE (μA) 0 7.4 18.3 -6.8 7.8 6.2 12.8 -5.8 12.1 4.3 8.5 -4.3 15.1 3.1 5.5 -2.9 16.7 2.2 3.5 -2.0 17.7 1.5 2.2 -1.4 18.5 1.1 1.5 -1.0 18.9 0.8 1.0 -0.7 19.2 0.6 0.6 -0.4 19.4 0.4 0.4 -0.3 19.5 0.3 0.3 -0.2 19.6 0.2 0.1 -0.1 19.7 0.1 0.1 -0.0 19.7 0.1 0.0 -0.0 19.8 0.1 -0.0 -0.0
6. CUESTIONARIO. 6.1. Presentar por separado las siguientes gráficas tomando como base los datos obtenidos en la práctica y aquellos que se determinen en forma teórica: 6.1.1. Voltaje de carga vs. Tiempo y Corriente de carga vs. Tiempo 6.1.2. Voltaje de descarga vs tiempo y Corriente de descarga vs tiempo CURVAS PRACTI CAS Y TEORICAS Voltaje de carga [V] vs. Tiempo[s]
25 20 15
C. Teorica C. Practica
10 5 0
0
0 2
0 4
0 6
0 8
0 0 0 0 4 8 1 1 1
Corriente de carga [ μA]vs. Tiempo[s] 9 8 7 6 5
C. Practica
4
C. Teorica
3 2 1 0
0
0 2
0 4
0 6
0 8
0 0 0 0 4 8 1 1 1
Voltaje de descarga [V] vs tiempo[s] 25 20 15
C. Practica C. Teorica
10 5 0
0
0 2
0 4
0 6
0 8
0 0 0 0 4 8 1 1 1
Corriente de descarga[μA] vs tiempo[s] 0 -1 0
0 2
0 4
0 6
0 8
0 0 0 0 4 8 1 1 1
-2 -3 C. Teorica -4 C. Practica -5 -6 -7 -8
6.2. Determinar la constante de tiempo teórica y practica para cada proceso. PROCESO DE CARGA. Constante de tiempo. T = R x C; T=2.7 x 106 [Ω] x 10x10-6[F] = 27
PROCESO DE DESCARGA Constante de tiempo. T = RC; T=2.7 x 106 [Ω] x 10x10-6[F] = 27
6.3. Presentar en un cuadro todos los posibles valores que puedan obtenerse en el banco de capacitores, adjuntando como ejemplo el diagrama de conexión para tres valores diferentes. A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
Si colocamos el primer switch en A, entonces las conexiones posibles son las siguientes: Capacitor Switch
1 B
2 Neutro
3 Neutro
4 Neutro
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 A
3 Neutro
4 Neutro
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 A
3 B
4 Neutro
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 A
3 B
4 A
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 A
3 B
4 A
5 B
Valor
Capacitor Switch
1 Neutro
2 B
3 Neutro
4 Neutro
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 Neutro
2 Neutro
3 B
4 Neutro
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 Neutro
2 Neutro
3 Neutro
4 B
5 Neutro
10μF
20μF
30μF
40μF
50μF
5μF
3.33333μF
Valor 2,5μF
Capacitor Switch
1 Neutro
2 Neutro
3 Neutro
4 Neutro
5 B
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 Neutro
3 Neutro
4 Neutro
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 Neutro
3 A
4 Neutro
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 Neutro
3 Neutro
4 A
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 Neutro
3 Neutro
4 Neutro
5 A
Capacitor Switch
1 B
2 A
3 Neutro
4 B
5 Neutro
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 A
3 Neutro
4 Neutro
5 B
Valor
Capacitor Switch
1 B
2 A
3 B
4 Neutro
5 A
2μF
10μF
15μF
13,3333μF
Valor 12,5μF
25μF
23,33333μF
Valor 35μF
En el resto de combinaciones se repiten los valores ya encontrados en este cuadro simplemente variando el número del condensador utilizado; aquí tres esquemas de conexión:
Capacitor Switch
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
1 B
2 A
3 B
4 A
5 B
Valor 50μF
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
Capacitor Switch
1 B
2 Neutro
3 Neutro
4 Neutro
5 A
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
Capacitor Switch
1 Neutro
2 Neutro
3 Neutro
4 Neutro
5 B
Valor 12,5μF
Valor 2μF
7. CONCLUSIONES. •
•
•
•
Se visualizó el proceso de almacenamiento de energía en un Capacitor mediante mediciones de voltaje y intensidad de corriente. Cuando el interruptor se mueve a a, la corriente I sube bruscamente (como un cortocircuito) y tiene el valor de I = V(voltaje de la fuente) / R amperios (como si el capacitor no existiera momentáneamente en este circuito serie RC), y poco a poco esta corriente va disminuyendo hasta tener un valor de cero. El voltaje en el capacitor no varía instantáneamente y sube desde 0 voltios hasta V voltios .( V es el valor de la fuente de corriente directa conectado en serie con R y C) Cuando el interruptor está en b, entonces el voltaje en el capacitor Vc empezará a descender desde Vo (voltaje inicial en el capacitor). La corriente tendrá un valor inicial de Vo / R y disminuirá hasta llegar a 0 (cero voltios).
8. RECOMENDACIONES. •
•
•
Procurar revisar que el capacitor decádico y el multímetro digital, funcionen, una forma de saber si es que funcionan adecuadamente es sabiendo que la corriente en los dos procesos descienden hasta cero. Cambiar inmediatamente el conmutador a la posición b (proceso de descarga) después haber realizado todas las mediciones en la posición a (proceso de carga). Anotar el diagrama del banco de capacitores, para el informe.
9. BIBLIOGRAFIA: • • •
•
Tecnología Eléctrica, Ing. Alfredo Maldonado, Edición 2012 http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Carga-descarga-condensador.php http://redesformacion.jccm.es/aula_abierta/contenido/97/387/3068/ELE_U1_T1/18_c arga_y_descarga_de_un_condensador.html http://www.slideshare.net/yesidgutierrez1/carga-y-descarga-de-un-capacitor
