ESCUELA POLITECNICA NACIONAL AREA DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y MEDICIONES ELÈCTRICAS

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Informe de:

Tecnología Eléctrica Análisis de Circuitos Eléctricos I Análisis de Circuitos Eléctricos II Práctica #: 04 Tema: ALMACENAMIENTO DE ENERGIA Fecha de Realización: 2012 / 09 / 22 año mes día

Realizado por:

Alumno (s): RENATO DIAZ Grupo:

SARA VALLADARES

(Espacio Reservado)

Fecha de entrega: 2012 / 09 / 24 f. ______________________ año mes día Recibido por:

Sanción: ________________________________________________

Período: Ene - Jun Jul - Dic

L3ACI-02

1. TITULO: ALMACENAMIENTO DE ENERGIA

2. OBJETIVO: • Visualizar el proceso de almacenamiento de energía en un capacitor mediante

mediciones de voltaje y la intensidad de corriente, tomados a intervalos de tiempo.

3. TEORIA: RELACIONES VOLTAJE-CORRIENTE EN:CAPACITORES E INDUCTORES EN EL

DOMINIO DEL TIEMPO. INDUCTOR Relaciones V-I

CAPACITOR Relaciones V-I

CONDICIONES INICIALES DE ENERGIA QUE INTERVIENEN EN LOS CAPACITORES ALIMENTADOS CON UNA FUENTE DE ENERGIA DC DE VALOR

CONSTANTE

PROCESO DE CARGA: Los valores de Vc 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 de Vc 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 ALMACENADA EN CAPACITORES E INDUCTORES

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 1 Interruptor bipolar con protección maniobra y protección: 1 juego de cables 1 Conmutador de una vía

• TRABAJO PRÁCTICO: 1. Exposición del profesor sobre los objetivos y el método de conseguirlo. 2. Anotar en la Hoja de datos las características del equipo y elementos dados. 3. Armar el circuito de la figura1, incluyendo el equipo de maniobra y protección. 4. 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 desde un 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 EXPERIMENTALES: La presentación de los datos y valores obtenidos en la experiencia de Laboratorio se detallan a continuación:

Equipos Características Fuente DC ΩMEGA - 0-28V y 0-2,5A Multímetro Digital GWinstek GBM – 8135 20A – 200 V –

20MΩ Resistencia 2.7MΩ

TIEMPO(s) CARGA DESCARGA VOLTAJE(V) CORRIENTE(μA) VOLTAJE(V) CORRIENTE(μA)

0 0 7.4 18.3 -6.8 10 7.8 6.2 12.8 -5.8 20 12.1 4.3 8.5 -4.3 30 15.1 3.1 5.5 -2.9 40 16.7 2.2 3.5 -2.0 50 17.7 1.5 2.2 -1.4 60 18.5 1.1 1.5 -1.0 70 18.9 0.8 1.0 -0.7 80 19.2 0.6 0.6 -0.4 90 19.4 0.4 0.4 -0.3 100 19.5 0.3 0.3 -0.2 120 19.6 0.2 0.1 -0.1 140 19.7 0.1 0.1 -0.0 160 19.7 0.1 0.0 -0.0 180 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 PRACTICAS Y TEORICAS Voltaje de carga [V] vs. Tiempo[s]

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80100

140180

C. TeoricaC. Practica

Corriente de carga [ μA]vs. Tiempo[s]

0123456789

0 20 40 60 80100

140180

C. PracticaC. Teorica

Voltaje de descarga [V] vs tiempo[s]

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80100

140180

C. PracticaC. Teorica

Corriente de descarga[μA] vs tiempo[s]

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 20 40 60 80100

140180

C. TeoricaC. Practica

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.

Si colocamos el primer switch en A, entonces las conexiones posibles son las siguientes:

Capacitor 1 2 3 4 5 Valor Switch B Neutro Neutro Neutro Neutro 10μF

Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A Neutro Neutro Neutro 20μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A B Neutro Neutro 30μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A B A Neutro 40μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A B A B 50μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch Neutro B Neutro Neutro Neutro 5μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch Neutro Neutro B Neutro Neutro 3.33333μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch Neutro Neutro Neutro B Neutro 2,5μF

B

A AAAAA

BBBBB

Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch Neutro Neutro Neutro Neutro B 2μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B Neutro Neutro Neutro Neutro 10μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B Neutro A Neutro Neutro 15μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B Neutro Neutro A Neutro 13,3333μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B Neutro Neutro Neutro A 12,5μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A Neutro B Neutro 25μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A Neutro Neutro B 23,33333μF Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A B Neutro A 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 1 2 3 4 5 Valor

Switch B A B A B 50μF

B

A AAAAA

BBBBB

Capacitor 1 2 3 4 5 Valor

Switch B Neutro Neutro Neutro A 12,5μF

Capacitor 1 2 3 4 5 Valor Switch Neutro Neutro Neutro Neutro B 2μF

B

A AAAAA

BBBBB

B

A AAAAA

BBBBB

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