06 Medición de fase y amplitud en circuitos RL

UNIVERSIDAD MANUELA BELTRN

MACROPROCESO DE RECURSOS E INFRAESTRUCTURA ACADMICA

FORMATO PARA PRCTICAS DE LABORATORIO

Fecha: abril de 2013 Cdigo: GRL-006 Versin: 4.0

INFORMACIN BSICA

NOMBRE DE LA PRCTICA:

Medicin de Fase y Amplitud en Circuitos RL

PRCTICA No.: 6

ASIGNATURA: Circuitos Elctricos II

TEMA DE LA PRCTICA: Circuitos RL con fuente sinusoidal

LABORATORIO A UTILIZAR:

Laboratorio de electrnica bsica

CONTENIDO DE LA GUA

OBJETIVOS.

Comprender las relaciones entre las seales de corriente y voltaje en un circuito RL.

Implementar un circuito RL simple para analizarlo mediante una seal sinusoidal.

Visualizar en el equipo de instrumentacin las diferencias de fase y de amplitud entre las

seales de voltaje en el circuito.

INTRODUCCIN.

Las fuentes de seal sinusoidal, sean de corriente o de voltaje, pueden analizarse de diferentes

maneras en las teoras de circuitos. En primer lugar, su representacin puede darse como funcin

de la variable tiempo t. En segundo lugar, puede ser representada en funcin de la variable

frecuencia angular . En tercer lugar, siendo la ms empleada por los mtodos de anlisis de

circuitos, es la representacin fasorial, dada por la amplitud y la fase de la seal, equivalente a la

forma polar de un nmero complejo. Otras representaciones pueden darse con base en los tipos de

modelamiento matemtico o fsico que se requieran, tales como vectores, forma exponencial

compleja, etc.

Dada la importancia de la bobina como componente almacenador de energa, se plantean las

bases tericas y prcticas para el empleo de este elemento. Su aplicacin bsica en los circuitos

analgicos es como filtro de seal y para acoples de impedancias.

Esta actividad de laboratorio se desarrollar de manera experimental para comprobar las relaciones

de fase y amplitud en un circuito RL con fuente sinusoidal.





Se tendrn disponibles los bancos de trabajo de los laboratorios de electrnica, incluyendo los

equipos facilitados por la Universidad. Las condiciones de uso del laboratorio estn regidas por el

Reglamento vigente.

Esta gua est dirigida a los estudiantes de la asignatura Circuitos Elctricos II, considerando que

poseen pre saberes en anlisis de circuitos en DC, as como en los componentes elctricos

bsicos.

MARCO TERICO

[TEMA PARA LA SESIN DE PREPARACIN DE LA PRCTICA]

Retraso y adelanto

[La seal sinusoidal] adelantada o retrasada, decimos que las senoides estn

fuera de fase [ver figura a]. Si los ngulos de fase son iguales, se seala que las

senoides estn en fase.

En la ingeniera elctrica, se acostumbra indicar el ngulo de fase en grados, en

vez de hacerlo en radianes; para evitar confusiones debemos asegurarnos de

usar siempre el smbolo de grados. Por lo tanto, en lugar de escribir:v

v = 100 sen(2 1000t - /6)

solemos emplear:

v = 100 sen(2 1000t 30)

()

[TEMA PARA LA SESIN DE DESARROLLO DE LA PRCTICA]

Dos ondas senoidales cuyas fases se van a comparar deben:

1. Escribirse como ondas senoidales o como ondas coseno

2. Expresarse con amplitudes positivas.

3. Tener cada una la misma frecuencia.

(Extractado de Hayt, Kemmerly y Durbin, 2002, p. 327)

a.





(figura extractada de Hayt, Kemmerly y Durbin, 2002, p.327)

CONSULTA PREVIA

Los estudiantes deben consultar previamente los siguientes temas en las fuentes de informacin

indicadas:

Inductancia: Hayt, Kemmerly y Dublin, 2002 (captulo 7: capacitores e inductores).

Seales sinusoidales: Hayt, Kemmerly y Dublin, 2002 (captulo 10: anlisis de estado

senoidal permanente)

La inductancia en que unidades se mide? ______________________________________

Defina por medio de una ecuacin el voltaje sobre un condensador:

Defina por medio de una ecuacin la corriente sobre un inductor:

Seale la forma en que se debe obtener matemticamente la inductancia total cuando estn en

serie:

Seale la forma en que se debe obtener matemticamente la capacitancia total cuando estn en

paralelo:





METODOLOGIA

Las actividades prcticas se componen de dos aspectos fundamentales:

Desarrollo experimental: es el producto prctico verificable de las acciones, actitudes y

habilidades del estudiante en la sala de laboratorio, valorado mediante presentacin del

montaje del circuito (sea cableado o virtual, segn el objetivo de la prctica) y sustentacin

individual y grupal.

Informe de la actividad: es el diligenciamiento al documento anexo Informe de laboratorio,

consistente en la elaboracin de las preguntas terico-prcticas y la solucin del

cuestionario.

Dichas actividades sern desarrolladas en equipos de trabajo conformados de forma libre y

responsable para el desarrollo de cada actividad, mximo de tres estudiantes.

Se dar entendido que la prctica de laboratorio ha finalizado cuando se ha presentado y

sustentado (descripcin del funcionamiento del circuito y de las mediciones), junto con la entrega

del informe.

Cada fecha de retraso de entrega de resultados de desarrollo experimental corresponde a una

amonestacin acumulable de 20% sobre la calificacin.

NOTA: no se recibirn prcticas durante los ltimos 10 minutos de la sesin de laboratorio,

en cumplimiento del Artculo 16 del Reglamento de Laboratorios y Espacios

Especializados.

MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS A UTILIZAR (Indicar las cantidades)

Materiales y Equipos Reactivos Materiales Estudiante

1 Osciloscopio - 1 bobina, preferiblemente en el orden de mili henrios (p.e: 10mH

3 sondas BNC-caimn - 1 resistencia de 200 Multmetro con puntas de medicin

- 1 Protoboard con espacio suficiente para el montaje

1 Generador de seales variables

- Conectores y alambres para el cableado del montaje

PRECAUCIONES Y MANEJO DE MATERIALES Y EQUIPOS. CONSULTA DE EQUIPO ESPECIALIZADO.





Para el inicio de las actividades de la prctica de laboratorio, recuerde las siguientes indicaciones:

Revise que los equipos en prstamo funcionen correctamente en el momento de solicitarlos

en el almacn, de lo contrario perder tiempo en la realizacin de la prctica o en caso ms

grave, hacer la reposicin de un equipo que usted no averi.

Mantenga el orden ubicndose exclusivamente en el banco de trabajo asignado por los

laboratoristas. No cambie el banco de trabajo sin la autorizacin de estos.

Revise que los elementos de conexin (sondas, conectores, caimanes, etc.) funcionen

correctamente antes de usarlos en mediciones de los circuitos, de manera que detecte y

corrija las fallas antes de iniciar la prctica.

Por su seguridad y la de sus compaeros, est atento a los equipos tomados en prstamo,

as como sus propios materiales y objetos personales.

Consulte con el docente cualquier duda que tenga respecto al uso correcto de los equipos.

Recuerde que son instrumentos sofisticados que deben ser manipulados adecuadamente

para evitar daos y fallas de funcionamiento.

Concntrese en el trabajo que est realizando en la prctica de laboratorio. Las

distracciones pueden poner en riesgo su integridad fsica y la de sus compaeros.

Otros aspectos que se deben tomar en cuenta estn regidos por el Reglamento Estudiantil y de

Laboratorios Vigentes.

PROCEDIMIENTO A UTILIZAR Diagrama de flujo:





(Grfica elaborada con MS-Powerpoint 2003 y MS-Paint v6.0)

TTULO DEL PROCEDIMIENTO: Visualizacin de amplitud y fase entre seales sinusoidales:

La informacin requerida para los montajes est basada en el contenido de las clases presenciales

y la bibliografa indicada en la gua. Los pasos son los siguientes:

Figura 1. Circuito resistivo e inductivo





(Grfica elaborada en MS Paint v6.0)

Nota: haga las mediciones de voltaje con el osciloscopio.

Primera parte de la sesin

[PASOS PARA REALIZAR EN LA PREPARACIN DE LA PRCTICA]

PASO 1. Realice la medicin de inductancia de la bobina que emplear en el montaje,

mediante el equipo de medidas reactivas del laboratorio o con un multmetro que tenga

escala de inductancia.

PASO 2. Realice el montaje de las conexiones tal como se presenta en la figura 1 con una

resistencia de 200 (o valor aproximado) y la bobina. La fuente Vs corresponde al

generador de seal, el cual debe ajustarse para obtener un voltaje de salida de tipo

sinusoidal, con amplitud de 6Vp-p y un valor de frecuencia f calculada en funcin de la

inductancia L de la bobina como:

Nota: esta ecuacin es empleada con fines prcticos para la actividad. NO corresponde a

ninguna ley fsica ni a ningn teorema de anlisis de circuitos.

PASO 3. Realice la medicin con el canal 1 del osciloscopio (OSC-1) tal como lo indica la

figura 1. Ajuste la visualizacin en la pantalla del osciloscopio de manera que pueda verse

un ciclo de la seal en el canal 1, de la siguiente manera:

Figura 2. Pantalla del osciloscopio con seal sinusoidal






PASO 4. Realice la medicin con el canal 2 del osciloscopio (OSC-2) tal como lo indica la

figura 1. Ajuste la visualizacin en la pantalla del osciloscopio de manera que puedan verse

las seales del canal 1 y 2 simultneamente.

SUBPROCESO DEL PASO 4: Identificacin de desplazamiento en tiempo entre dos seales:

Nota: las dos seales deben visualizarse simultneamente en la pantalla del osciloscopio

(canal 1 y 2) y el nivel de tierra (cero voltios) de ambas seales debe coincidir.

Los pasos son los siguientes:

Seales en fase: se considera que el desfase tiene un valor de cero grados cuando no hay

diferencia en el eje del tiempo cuando ambas seales cruzan por cero. Ver ejemplo en la

grfica 3:

Figura 3. Pantalla del osciloscopio con dos seales en fase






Seal en retraso: se considera que el desfase es negativo puesto que el valor del ngulo de

fase es menor que cero. Una de las seales se toma como referencia, para determinar que

la otra se encuentra desfasada en retraso. Ver ejemplo en la grfica 4 (suponga que la seal

de referencia tiene mayor amplitud y la de retraso es la de menor amplitud):

Figura 4. Pantalla del osciloscopio con seal en retraso


t representa el desplazamiento en tiempo a partir de la seal de referencia.

Seal en adelanto: se considera que el desfase es positivo puesto que el valor del ngulo de

fase es mayor que cero. Una de las seales se toma como referencia, para determinar que

la otra se encuentra desfasada en adelanto. Ver ejemplo en la grfica 5 (suponga que la

seal de referencia tiene mayor amplitud y la de retraso es la de menor amplitud):

Figura 5. Pantalla del osciloscopio con seal en adelanto






t representa el desplazamiento en tiempo a partir de la seal de referencia.

PASO 5. Repita el procedimiento de medicin de fase (desde el paso 1 hasta el paso 4)

pero con el valor de frecuencia f calculada en funcin de la inductancia L de la bobina con la

siguiente ecuacin:

Nota: para este ejercicio de carcter didctico, se permitir un valor aproximado

correspondiente a un margen de variacin hasta del 25% inferior (por debajo del valor

propuesto para el componente), o hasta de un 25% superior (por encima del valor propuesto

para el componente).

Segunda parte de la sesin

[PASOS PARA REALIZAR EN EL DESARROLLO DE LA PRCTICA]

LTIMO PASO. Realice la presentacin y sustentacin del circuito funcionando al docente, y

elabore el documento presentable en formato fsico, segn los aspectos mencionados en el formato

anexo Informe de Laboratorio al final de esta gua

BIBLIOGRAFA RECOMENDADA. DORF, Richard. Circuitos elctricos. Introduccin al anlisis y diseo, 3 Ed. Editorial Alfaomega BOYLESTAD, R. Introduccin al anlisis de circuitos, 10 Ed.. Editorial Pearson Educacin. HAYT, William. KEMMERLY, Jack.. Anlisis de circuitos en ingeniera 6 Ed., Editorial McGraw Hill. SCOTT, Donald. Introduccin al anlisis de circuitos, Un enfoque sistmico, Editorial McGraw Hill. Direcciones Electrnicas Disponible en ebrary: http://www.etechwebsite.com/colombia/elibro/umb/ Electromagnetismo, circuitos y semiconductores Autor: Arrays, Manuel Editorial: Dykinson





Publicado: 2008 Disponible en ebrary: http://www.etechwebsite.com/colombia/elibro/umb/ Aplicacin de mtodos matemticos de la ingeniera a la teora de circuitos Autor: Escalona, Ivn Editorial: El Cid Editor - Ciencias Exactas y Naturales Publicado: 2007

ELABOR REVIS APROB

Firma Nombre: Ing. Alexander Jimenez Ing. Luis Barrero Fecha: 01 de abril de 2013

Firma Nombre: Ing. Mnica Gmez Fecha: 01 de abril de 2013

Firma Nombre: Ing. Oscar Paredes Fecha: 01 de abril de 2013





INFORME DE LABORATORIO (Para elaborar por el Estudiante)

ESTUDIANTES:

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GRUPO:

NOTA:

CARRERA:

Formule tres objetivos que desee cumplir con la Prctica de Laboratorio

El estudiante formular desde su conocimiento los objetivos para la realizacin de la prctica

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Elabore un Mapa conceptual del tema a tratar en la Prctica de Laboratorio.





RESULTADOS





CUESTIONARIO.

1. Dibuje las grficas de las seales sinusoidales (de referencia y de desfase) obtenidas de las

mediciones del osciloscopio para cada uno de los valores de frecuencia, explicadas en el

procedimiento, indicando los valores de amplitud y de desplazamiento en el tiempo. Tome la seal

del generador como seal de referencia.

2. Escriba una tabla donde se comparen los valores prcticos de amplitud y desplazamiento en

tiempo (indicando si est en adelanto o en atraso) dependiendo de cada valor de frecuencia. Los

valores prcticos se obtienen de los datos de la grfica obtenida en el osciloscopio.

3. Agregue una columna en la tabla anterior en donde se indique el valor calculado del ngulo de





fase equivalente a cada valor de desplazamiento en tiempo.

4. Escriba las conclusiones, observaciones o aportes que le produjo la experiencia de esta prctica.

5. Presente la demostracin de funcionamiento del circuito al profesor. No se aceptan entregas

parciales de la prctica.

CAUSAS DE ERROR Y ACCIONES PARA OBTENER MEJORES RESULTADOS: _______________________________________________________________________________

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CONCLUSIONES _______________________________________________________________________________

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APLICACIN PROFESIONAL DE LA PRCTICA REALIZADA

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BIBLIOGRAFIA UTILIZADA

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06 Medición de fase y amplitud en circuitos RL

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