informe de correinte alterna

7/14/2019 Informe de Correinte Alterna

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA 1

Corriente Alterna

OBJETIVOS

Entender el funcionamiento de una lámpara fluorescente.

Realizar la medición del voltaje y corriente alterna en un circuito que

consta de una lámpara fluorescente y un reactor

Calcular el Vef y la Ief de la lámpara así como la potencia que disipa,

además de las relaciones vectoriales que hay entre ellos.

Determinar la inductancia y potencia consumida del reactor y también

calcular la potencia consumida por el fluorescente.

Mejorar el uso del amperímetro y el voltímetro




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FUNDAMENTO TEÓRICO

Cuando en un circuito el voltaje de fuente varia con el tiempo de manera

periódica se dice que este es un voltaje alterno Por lo general este puede ser expresado como:

( ) ( ) M v t V sen t

FIGURA 1

Aquí, VM es el voltaje máximo, w es la frecuencia angular (w = 2f) para nuestro

experimento f = 60 Hz, además la corriente en el circuito para todo instante se

cumple que v = iR , entonces la corriente del circuito:

( ) ( ) M i t I sen t

Donde IM = VM /R .

Por otra parte si se tiene un circuito RLC en serie con corriente AC; la segunda

regla de Kirchhoff se debe cumplir en todo momento. Es decir:

fuente R L C v v v v

Equivalente a:

1 diiR idt L V

C dt




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Entonces:

0

( ) ( cos( )) [ ( )]2

( )2

( ) cos( ) cos( )

s ( )2

t

M M M M

M M

L M M M

L M

I I I v sen t dt t sen t C C C

I v sen t

C

d v I L sen t I L t I L t

dx

v I L en t

Por lo tanto en el circuito se cumple:

( ) ( )

( ) ( )2

( ) ( )2

R M

L M

M C

v t I Rsen t

v t I L Rsen t

I v t Rsen t

C

De aquí vemos que un circuito AC, la tensión en un inductor puro está

desfasado en 90º con respecto a la corriente del circuito. La tensión en un

condensador se desfasa en – 90º. La tensión den un resistor pudo estar

siempre en fase con la corriente del circuito. Para poder entender mejor las

relaciones expresadas en (1.3) se usa los diagramas fasoriales, compuesto de

vectores rotantes, aquí se realizan las siguientes consideraciones:

| | Vector que hace un ángulo t con Y=0

| | Vector que hace un ángulo t + con Y=02

| | Vector que hace un ángulo t - con Y=02

R M

L M

M C

V I R

V I L

I V

C




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FIGURA 2

FIGURA 3

Para poder interpretar mejor las relaciones anteriores se definen las

reactancias como:

ZR = R (Reactancia Resistiva o simplemente resistencia)

ZI = L (Reactancia Inductiva)

ZC = 1/C (Reactancia Capacitiva)

Además de la figura 3 se observa que el modulo del voltaje total del circuito

será:

22

M M L C V I R Z Z

Entonces de 1.5 se define la impedancia del circuito como:




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22

L C Z R Z Z

También de la figura se observa que el ángulo de fase ø entre la corriente y

voltaje del circuito será:

L C Z Z arctg

R

VALORES EFICACEZ Y POTENCIA

Debido a que la corriente del circuito no son constantes, las mediciones de I a

V que realizaría un multímetro nos arrojara un valor diferente a sus valores

máximos. Estos se denominan voltajes y corriente eficaces Vef., Ief. y se

demuestra que:

2

M ef

V V y

2

M ef

I I

Se sabe que en corriente continua la potencia consumida para un elemento del

circuito viene dada por: P = iV, Haciendo una analogía en AC, definimos la

potencia del circuito como el producto escalar de los favoresef ef V yI .

.ef ef P V I

Entonces:

cosef ef P V I

La potencia de (1.9) da la potencia en general para un elemento del circuito. En

el uso técnico se denomina al valor los ø como Factor de Potencia.




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EQUIPOS

Una lámpara fluorescente Arrancador

Reactor Voltímetro

Cables Multímetros (Amperímetro)




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PROCEDIMIENTO

Primera Parte (Funcionamiento de la lámpara fluorescente)

Se armara el circuito de la siguiente figura. Se conectó la caja toma corriente y

se observó lo ocurrido.

Ahora se conectaron los bornes S con Q y se anotó lo observado.

Luego se desconectó rápidamente S con Q y se anotó lo observado.

Ahora se armó el circuito con arrancador incluido para ver que

ocurría.

Segunda parte

Se montó el circuito de la siguiente figura para medir el voltaje eficaz y corriente

eficaz en el reactor.




Corriente Alterna

Con los datos obtenidos se construyó el gráfico 1 tal como lo indica la guía.

Tercera Parte

Realizamos las conexiones para montar el circuito de siguiente figura 7 en

donde se midió: los voltajes eficaces de las fuentes, VMN, del reactor VMP y

del fluorescente VNP, así como también la corriente eficaz a través del circuito.

Con estos datos se determinó el ángulo de fase entre el voltaje del

fluorescente y la corriente del circuito como lo indica el guía de laboratorio.




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CÁLCULOS Y RESULTADOS

Cálculos y resultados de la primera parte

( )

Entonces la inductancia:

Potencia a través del reactor:

Gráfica Nº1




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¿Cuál es la potencia disipada a través del reactor? ¿Cómo se compara este

valor con el anotado en su cubierta metálica?

La potencia disipada, según los cálculos es 8.73 W.

Comparando con la potencia teórica del reactor igual 20W, observamos que no

obtuvimos el valor deseado.

Cálculos y resultados de la segunda parte:

Gráfica Nº2




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(

)

Potencia a través de la lámpara fluorescente:

¿Cómo se compara este valor con el que aparece impreso sobre el tubo de la

lámpara fluorescente?

La potencia del fluorescente era de 15W.

CUESTIONARIO

10.-¿El comportamiento de la lámpara fluorescente es inductivo o

capacitivo?

Es capacitivo, porque reduce la potencia reactiva absorbida de la red,

mejorando así el factor de potencia de la instalación.

11.-¿Es posible hacer funcionar la lámpara fluorescente sin el

arrancador?

Experimentalmente se ha demostrado que si es posible, si se tuviera el

arrancador habría que conectar y desconectar los bornes libres del fluorescente




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para lograr la ionización del gas. El uso del arrancador es debido a que realiza

esta tarea automáticamente.

12.-Explique el hecho que al interrumpirse la corriente en el arrancador

aparezca un alto voltaje a través del tubo. ¿Este voltaje es mayor que el

voltaje de línea?

Al estar conectado el circuito como el de la figura 5. Al dilatarse el bimetalito

dentro del arrancador, se cierra el circuito y empieza a circular una corriente a

través del reactor, la corriente disminuye bruscamente dentro del bobinado del

reactor, con esto también se reduce la magnitud del campo magnético en su

interior, por lo tanto hay un gran cambio de flujo en el tiempo. Todo esto según

la Ley de Faraday produce un FEM autoinducida que debe crear una corriente

en el mismo sentido de la que se redujo para oponerse al cambio de flujo

(según la Ley de Lenz) esta FEM es mucho más intensa que la de línea pues

produce la total ionización del gas en el tubo.

13.-De acuerdo con las mediciones efectuadas se siguen cumpliendo las

leyes de Kirchhoff en el circuito?

Según los grafico 1 y 2 la regla de Kirchhoff de las mallas no se cumpliría

debido a que la suma de caída de potencial en el circuito no es la misma que el

potencial que da la fuente. Sin embargo los valores de voltajes instantáneos en

el circuito si se pudiera medir el valor real de los voltajes entre MN, VMP y VNP

en cada instante veríamos que la segunda regla de Kirchhoff se cumple en todo

momento. Para esto se debe realizar una suma de las proyecciones en el eje X

de los favores de voltaje del circuito.




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CONCLUSIONES

En los circuitos de corriente alterna se puede observar que también se

cumplen las reglas de Kirchhoff pero usando los voltajes y corrientes

instantáneos.

La lámpara presenta fluorescente presenta un comportamiento

capacitivo.

De acuerdo a los resultados obtenidos se disipa mayor energía a través

del reactor ( ), que en comparación fluorescente ()

El valor de inductancia del reactor L ( 0.0032 H) nos dice que hay

un cambio de corriente de 1 A en un segundo se generaran tan solo

0.032 V de FEM inducida (dedt

di L )

BIBLIOGRAFIA

Sears Zemansky Young Freedman – Física Universitaria Vol. 2 –

Undécima edición – Pearson educación, Inc. 2004.

Facultad de Ciencias – UNI, Manual de Laboratorio de Física General.

Cap. I. Facultad de Ciencias 2004.

I.V.Saveliev – Curso de Física General (Tomo 2) – Primera Edición –

Editorial MIR Moscú 1982.

S. Frisch A Timoreva – Curso de Física General (Tomo 2) – Segunda

edición – Editorial MIR Moscú 1973.

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