Laboratorio deCorriente Alterna

8/17/2019 Laboratorio deCorriente Alterna

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QUINTO LABORATORIO DE FISICA lll

FACULTAD DE INGENERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA

PROFESOR: Waters Torres Oswaldo

INTEGRANTES: Camacho Livia Herri

A!"irre Gamarra alle

Carh"a# T$ Ed!ar

SECCION: %&'

Lima – Perú

3 de Marzo del 2016

OBJETIVOS:

• Entender el funcionamiento de una lámpara fluorescente.

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UNIVERSIDAD NACIONALDEINGENIERIA

5 CORRIENTEALTERNA


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• Calcular el Vef y la Ief de la lámpara así como la potencia que disipa además de las

relaciones !ectoriales que "ay entre ellos.

• #e$orar el uso del amperímetro y el !oltímetro.

%E&%ESE'T(CI)' ES*+E#,TIC(:

PARTE GRÁFICO

1

2

3

-+'(#E'TO TE)%ICO

/. Corriente alterna

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Se denomina corriente alterna 0a1re!iada CA en espa2ol y AC en in3l4s de

alternating current 5 a la corriente el4ctrica en la que la ma3nitud y el sentido !arían

cíclicamente. 6a forma de onda de la corriente alterna más com7nmente utili8ada

es la de una onda senoidal puesto que se consi3ue una transmisi9n más eficiente

de la ener3ía. Sin em1ar3o en ciertas aplicaciones se utili8an otras formas deonda peri9dicas tales como la trian3ular o la cuadrada.

+tili8ada 3en4ricamente la C( se refiere a la forma en la cual la electricidad lle3a a

los "o3ares y a las empresas. Sin em1ar3o las se2ales de audio y de radio

transmitidas por los ca1les el4ctricos son tam1i4n e$emplos de corriente alterna.

En estos usos el fin más importante suele ser la transmisi9n y recuperaci9n de la

informaci9n codificada 0o modulada5 so1re la se2al de la C(.

a5 iferencias con la corriente continua

6a ra89n del amplio uso de la corriente alterna !iene determinada por su

facilidad de transformaci9n cualidad de la que carece la corriente continua. En

el caso de la corriente continua la ele!aci9n de la tensi9n se lo3ra conectando

dínamos en serie lo cual no es muy práctico al contrario en corriente alterna

se cuenta con un dispositi!o: el transformador que permite ele!ar la tensi9n de

una forma eficiente.

15 Valores eficaces de !olta$e e intensidad de corriente

(l3unos tipos de ondas peri9dicas tienen el incon!eniente de no tener definida

su epresi9n matemática por lo que no se puede operar analíticamente con

ellas. &or el contrario la onda senoidal no tiene esta indeterminaci9n

matemática y presenta las si3uientes !enta$as:

• 6a funci9n seno está perfectamente definida mediante su epresi9n

analítica y 3ráfica. #ediante la teoría de los n7meros comple$os se

anali8an con suma facilidad los circuitos de alterna.• 6as ondas peri9dicas no senoidales se pueden descomponer en suma

de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reci1en

el nom1re de arm9nicos. Esto es una aplicaci9n directa de las series de

-ourier .

• Se pueden 3enerar con facilidad y en ma3nitudes de !alores ele!adospara facilitar el transporte de la ener3ía el4ctrica.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Sinusoidehttp://es.wikipedia.org/wiki/Audiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cable_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n_(telecomunicaci%C3%B3n)http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico#Circuitos_de_corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Series_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Series_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Audiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cable_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n_(telecomunicaci%C3%B3n)http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico#Circuitos_de_corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Series_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Series_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sinusoide


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• Su transformaci9n en otras ondas de distinta ma3nitud se consi3ue con

facilidad mediante la utili8aci9n de transformadores.

Onda sinusoidal

+na se2al sinusoidal a0t5 tensi9n !0t5 o corriente i0t5 se puede epresar

matemáticamente se37n sus parámetros característicos como una funci9n del

tiempo por medio de la si3uiente ecuaci9n:

onde:

(;: es la amplitud en !oltios o amperios 0tam1i4n llamado !alor máimo o de

pico5

: el án3ulo de fase inicial en radianes.

ado que la !elocidad an3ular es más interesante para matemáticos que para

in3enieros la f9rmula anterior se suele epresar como:

onde:

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http://es.wikipedia.org/wiki/Transformadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_angularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Segundo_(unidad_de_tiempo)http://es.wikipedia.org/wiki/Transformadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_angularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Segundo_(unidad_de_tiempo)


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f: es la frecuencia en "ercios 0?85 y equi!ale a la in!ersa del período

. 6os !alores más empleados en la distri1uci9n son @; ?8 y A; ?8.

( continuaci9n se indican otros !alores si3nificati!os de una se2al sinusoidal:

Valor instantáneo 0a0t55: Es el que toma la ordenada en un instante t

determinado.Valor pico a pico 0(pp5: iferencia entre su pico o máimo positi!o y su

pico ne3ati!o. ado que el !alor máimo de sen05 es / y el !alor

mínimo es / una se2al sinusoidal que oscila entre (; y (;. El !alor

de pico a pico escrito como (&& es por lo tanto 0(;50(;5 D F(;.Valor medio 0(med5: Valor del área que forma con el e$e de a1scisas

partido por su período. El !alor medio se puede interpretar como la

componente de continua de la onda sinusoidal. El área se considera

positi!a si está por encima del e$e de a1scisas y ne3ati!a si está por

de1a$o. Como en una se2al sinusoidal el semiciclo positi!o es id4ntico al

ne3ati!o su !alor medio es nulo. &or eso el !alor medio de una onda

sinusoidal se refiere a un semiciclo. #ediante el cálculo inte3ral se puede

demostrar que su epresi9n es la si3uienteG

&ico o cresta: Valor máimo de si3no positi!o 05 que toma la onda

sinusoidal del espectro electroma3n4tico cada medio ciclo a partir del

punto H;. Ese !alor aumenta o disminuye a medida que. la amplitud H(

de la propia onda crece o decrece positi!amente por encima del !alor ;.Valor efica8 0(5: su importancia se de1e a que este !alor es el que

produce el mismo efecto calorífico que su equi!alente en corriente

continua. #atemáticamente el !alor efica8 de una ma3nitud !aria1le con

el tiempo se define como la raí8 cuadrada de la media de los cuadrados

de los !alores instantáneos alcan8ados durante un período:

[Escriba aquí]

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_cartesianashttp://es.wikipedia.org/wiki/Integraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficazhttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_cartesianashttp://es.wikipedia.org/wiki/Integraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Valor_eficaz


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En la literatura in3lesa este !alor se conoce como %.#.S. 0root mean square

!alor cuadrático medio5 y de "ec"o en matemáticas a !eces es llamado !alor

cuadrático medio de una funci9n. En el campo industrial el !alor efica8 es de

3ran importancia ya que casi todas las operaciones con ma3nitudes ener34ticas

se "acen con dic"o !alor. e a"í que por rapide8 y claridad se represente con laletra may7scula de la ma3nitud que se trate 0I V & etc.5. #atemáticamente se

demuestra que para una corriente alterna senoidal el !alor efica8 !iene dado

por la epresi9n:

El !alor ( tensi9n o intensidad es 7til para calcular la potencia consumida por una car3a. (sí si una tensi9n de corriente continua 0CC5 VCC desarrolla una

cierta potencia & en una car3a resisti!a dada una tensi9n de C( de Vrms

desarrollará la misma potencia & en la misma car3a si Vrms D VCC.

Su tensi9n de pico 0amplitud5 se o1tiene despe$ando de la ecuaci9n antes

rese2ada:

. Inductancia

Es una medida de la oposici9n a un cam1io de corriente de un inductor o 1o1ina

que almacena ener3ía en presencia de un campo ma3n4tico y se define como la

relaci9n entre el flu$o ma3n4tico 0 5 y la intensidad de corriente el4ctrica 0I5 que

circula por la 1o1ina y el n7mero de !ueltas 0'5 del de!anado:

6a inductancia depende de las características físicas del conductor y de la lon3itud

del mismo. Si se enrolla un conductor la inductancia aumenta. Con muc"as espiras

se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto a2adimos un n7cleo de ferrita

aumentaremos considera1lemente la inductancia.

[Escriba aquí]

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Inductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica


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El flu$o que aparece en esta definici9n es el flu$o producido por la corriente I

eclusi!amente. 'o de1en incluirse flu$os producidos por otras corrientes ni por

imanes situados cerca ni por ondas electroma3n4ticas.

Esta definici9n es de poca utilidad porque es difícil medir el flu$o a1ra8ado por un

conductor. En cam1io se pueden medir las !ariaciones del flu$o y eso s9lo a tra!4s

del !olta$e V inducido en el conductor por la !ariaci9n del flu$o. Con ello lle3amos a

una definici9n de inductancia equi!alente pero "ec"a a 1ase de cantidades que se

pueden medir esto es la corriente el tiempo y la tensi9n:

En el SI la unidad de la inductancia es el "enrio 0?5 llamada así en "onor al

científico estadounidense Josep" ?enry. / ? D / K1= ( donde el flu$o se epresa

en Le1er y la intensidad en amperios.

Si el !olta$e es sinusoidal entonces la corriente tam1i4n será senoidal entonces:

V ef = I ef Z l

9nde: Ml es la reactancia inducti!a y se epresa en O"m.

N. &otencia en un circuito.

6a potencia instantánea es

Si tenemos una impedancia a la que

se le aplica un !olta$e la corriente que atra!iesa dic"a

impedancia es . (quí !iene dado por la fase de .

Con y como. . El

!alor medio quedará:

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http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Henriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Henryhttp://es.wikipedia.org/wiki/Weber_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Weber_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Weber_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Weber_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Henriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Henryhttp://es.wikipedia.org/wiki/Weber_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Weber_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Amperio


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!!" V

A

V Reactor

A: AmperímetroV: Voltímetro


( partir de aquí se puede definir el factor de potencia. El factor de potencia es elcociente entre la potencia media y el producto de los !alores eficaces de !olta$e y

de la corriente:

Si D ; entonces tendremos un elemento resisti!o puro y la potencia media 0&med5 será

máima en %.

Si D P Q; entonces nos encontramos con una impedancia ima3inaria pura y la &med es

; en 6 9 C.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

SEGUNDA PARTE (EDICI!N DE LA INDUCTANCIA DEL REACTOR5

/. Con el multímetro di3ital medimos la resistencia del reactor.

. 6ue3o esta1lecemos el si3uiente circuito:

Dato" O#teni$o"%

/. #idiendo la resistencia del reactor !olta$e e intensidad de corriente:

Te9ricamente:

%reactor D QAΩ

Vef D ; !

Ief D ;NR (

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. Con lo !alores de Ief %reactor y Vef determinaremos 3ráficamente el !alor de la reactanciainducti!a. el 3ráfico:

Vef D Ief×%reactor

Vef D N@.@ !

( partir del etremo 1 le!antamos una perpendicular:

Con etremo en a y un radio !ector de ma3nitud i3ual a Vef intersectamos la perpendicular en c. 1cnos dará la caída del !olta$e a tra!4s de la inductancia 6 es decir Ief Ml

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6ue3o como BC es la caída de potencial:

22

ABACBC −=

onde:AC

D Vef

35.52¿2

204¿2−¿¿

BC =√ ¿

BC =200.88

Como:

BC =V L= I ef Z L → Z L=V L

I ef =

200.88

0.37=542.92Ω

(demás:

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Z L=ωL=2 πfL

L= Z L

2πf =

542.92

2×3.1416 ×60=1.44 Henrios

( partir de estos datos podemos encontrar el án3ulo de fase 1φ :

∅1= ArcTg( I ef Z L I ef × Rreactor=

200.88

35.52 )=79.97

6a potencia disipada a tra!4s del reactor es:

P=V ef I ef cos∅1

P=204×0.37×cos(79.97)

P=13.145W

o TERCERA PARTE (DETERINACION DE LA POTENCIA DISIPADA A TRA&ESDE LA LAPARA'

/. Se esta1lece el circuito:. Con el !oltímetro de c.a. mida los !olta$es eficaces V#' V#& V&'.N. Con el amperímetro de c.a. mide el !alor efica8 de la corriente Ief .

atos O1tenidos:

/. Con el !oltímetro de corriente alterna se mide el !alor efica8 de:

V#' D ;@ V

V#& D /@ V

V'& D @@ V

. Con el amperímetro medimos el !alor efica8 de la corriente: Ief D ;.N(

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N. El trián3ulo de la se3unda parte se usa para encontrar la potencia disipada a tra!4s de lalámpara fluorescente el án3ulo φ es el án3ulo de desfasa$e entre el !olta$e y la Corriente atra!4s del reactor. ( continuaci9n !amos a construir el trián3ulo indicado en la 3uía:

Sea: φ D φ/ φ además:

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C D2= AD2+ AC 2−2 ( AD ) ( AC )cos∅

55

¿¿

205¿2+¿

185¿

2

=¿¿

∅=61

&or lo tanto:

φ D φ/ φ

φ D RQ.QRU A/U

φ D /.QRU

. +sando los !alores de V'& I y 2φ calculamos la potencia disipada a tra!4s de la lámpara yde

& D V'&×Ief ×Cos φ D 0/@50;.NR5Cos /.QRU

& D A.RN K

/. En la primera parte del eperimento es l93ico que no s e !iera nin37n efecto en elcircuito pues esta1a a1ierto en este momento el circuito esta1a cerrado producto

de la circulaci9n de corriente a tra!4s de los elementos del tu1o se desprendían

electrones de ni!eles ener34ticos inferior es al más eterno. Esta emisi9n de

electrones con ener3ía pro!oca1a la ioni8aci9n del 3as ar39n y ne9n circundante

por lo cual se nota1a una li3era luminosidad desconectar el

ca1le se produ$o una -.E.#. inducida que pro!oco un campo el4ctrico tan 3rande

dentro del tu1o el cual re1aso el !alor de su ri3ide8 diel4ctrica de 3as esta pro!oc9su ioni8aci9n y lo "i8o conductor.

. En el trián3ulo (BC para calcular el primer án3ulo podemos !er que el catetocorrespondiente a Ief Mef G es menor que el que le corresponde a Ief %ef entonces!emos que el reactor presenta un comportamiento mas resisti!o que inducti!o.

N. En el mismo 3ráfico al comparar el !alor de /D /A con el !alor nominal deCos/D ;.N@ de lo cual /D AQ. @ Se o1ser!a entre estos !alores una diferencia

muy 3rande. &odemos deducir se37n el 3rafico que un mayor !alor de /da unmayor comportamiento inducti!o al reactor. Entonces la 3ran diferencia entre los

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!alores nominal y eperimental de / se de1a al continuo uso y des3aste del1o1inado del reactor que se us9 en el la1oratorio.

. e acuerdo al 3rafico se o1ser!a que "ay mayor amplitud de !olta$e 0efica85

entre los 1ornes de reactor que entre los 1ornes del fluorescente. Tal como en el

3rafico n / !emos que el reactor se comporta como un reductor de !olta$e.

@. El án3ulo D R; medido en el 3ráfico representa el án3ulo de fase que "ayentre el !olta$e a tra!4s del fluorescente y lacorrientedel circuito. Es decir como la línea es paralela al e$e !emos entoncesque el án3ulo entre V'& y V#' es ne3ati!o 0R;5 por este moti!o el !olta$e en elfluorescente está retrasado con respecto ala corriente del circuito de donde se deduce que la lámpara fluorescente tienecomportamiento capaciti!o.

) *Ser+ ,o"i#le -acer ./ncionar la l+0,ara .l/ore"cente "in arranca$or

Eperimentalmente se "a demostrado que si es posi1le si se tu!iera el arrancador "a1ría que conectar y desconectar los 1ornes li1res del fluorescente para lo3rar laioni8aci9n del 3as. El uso del arrancador es de1ido a que reali8a esta tareaautomáticamente.

E,li4/e el -ec-o 4/e al interr/0,ir"e la corriente en el arranca$or a,are5ca

/n alto 6olta7e a tra68" $el t/#o *E"te 6olta7e e" 0a9or 4/e el 6olta7e $e

l:nea

(l estar conectado el circuito al dilatarse el 1imetálico dentro del arrancador se

cierra el circuito y empie8a a circular una corriente a tra!4s del reactor la corriente

disminuye 1ruscamente dentro del 1o1inado del reactor con esto tam1i4n se

reduce la ma3nitud del campo ma3n4tico en su interior por lo tanto "ay un 3ran

cam1io de flu$o en el tiempo. Todo esto se37n la 6ey de -araday produce un -E#auto inducida que de1e crear una corriente en el mismo sentido de la que se redu$o

para oponerse al cam1io de flu$o 0se37n la 6ey de 6en85 esta -E# es muc"o más

intensa que la de línea pues produce la total ioni8aci9n del 3as en el tu1o.

; *De ac/er$o con la" 0e$icione" e.ect/a$a" "e "i


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que da la fuente. Sin em1ar3o los !alores de !olta$es instantáneos en el circuito sise pudiera medir el !alor real de los !olta$es entre #' V#& y V'&en cada instante!eríamos que la se3unda re3la de Wirc""off se cumple entodomomento. &ara esto se de1e reali8ar una suma de las proyecciones es en el e$e X delos fa!ores de !olta$e del circuito.

CONCLUSIONES Y RECOENDACIONES

• e acuerdo a los resultados o1tenidos se disipa mayor ener3ía a tra!4s del reactor

0#QN; L5 que en comparaci9n fluorescente 0#A;L5• El !alor de inductancia del reactor 6 nos dice que "ay un cam1io de corriente de

/ ( en un se3undo se 3eneraran tan solo ;.;N V de -E# inducida 0de $%&L'(i)(*+ 5

• 6a lámpara fluorescente presenta un comportamiento capaciti!o.• En los circuitos de corriente alterna se si3uen cumpliendo las re3las de Wirc""off

pero con los !olta$es y corrientes instantáneas.

>LIOGRAF?A

• -acultad de Ciencias de la +ni!ersidad 'acional de In3eniería. #anual de6a1oratorio de -ísica Yeneral da. Edici9n 6ima. -c +'I ;;.

• KIWI&EI(. 6uminaria fluorescente en:

"ttp:==es.LiZipedia.or3=LiZi=6uminaria[fluorescente• E6ECT%ICI( 6\'C?. (rrancador en:

"ttp:==LLL.electricidadlync".com.ar=arrancador."tm

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