1.8 EXPERIMENTO N.° 9 POTENCIA EN CIRCUITOS DE CD, PARTE II PDF

Preview

Summary

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICALIC. EN INGENIERÍA MECÁNICALABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA1 EXPERIMENTO N.° 9POTENCIA EN CIRCUITOS DE CD, PARTE IIWILLIAM MUÑOZ20 -14-1IMING. ANGEL HERNANDEZ04 DE MAYO, 2021INTRODUCCIÓNLa potencia eléctrica es la relación de paso de...

Description

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LIC. EN INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

1.8 EXPERIMENTO N.° 9 POTENCIA EN CIRCUITOS DE CD, PARTE II

WILLIAM MUÑOZ

20-14-4068

1IM131

ING. ANGEL HERNANDEZ

04 DE MAYO, 2021

INTRODUCCIÓN La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempos; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.

CONCLUSIONES Se comprendido y aplico el concepto de la potencia eléctrica la cual es la proporción por unidad de tiempo con la cual la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico. Es decir, la cantidad de energía eléctrica entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad de la potencia eléctrica según el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt (W). BIBLIOGRAFÍA “EXPERIMENTOS CON EQUIPO ELECTRICOS WILDI Y DE VITO”

ANEXO # 1 INDICAR CALCULOS, FORMULAS ORIGINALES, DERIVADAS, DIAGRAMAS Y RESPUESTAS. Formula Original 𝑉 = 𝐼 ∗ 𝑅 Formula derivada 𝐼 = Formula derivada 𝑅 =

𝑉 𝑅 𝑉 𝐼

Formula original paralelo 𝑅𝑒𝑞 =

𝑅1 ∗𝑅2 𝑅1 +𝑅2

1 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒

=

1 𝑅1

+

1 𝑅2

+

1 𝑅3

1

+𝑅

𝑛

Formula original serie 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 +𝑅𝑛

Fórmula potencia 𝑃 = 𝐼 ∗ 𝑉 Formula derivada 𝑃 =

𝑉2 𝑅

Formula derivada 𝑃 = 𝐼 2 *R Problema 1 a) Al examinar las resistencias de 300 Ω, 600 Ω, 1200 Ω, encontramos que se ordenan de la siguiente manera de acuerdo con la capacidad de disipar calor: 300 Ω 600 Ω 1200 Ω

• • •

b) ¿Cuál resistencia puede manejar con seguridad la mayor potencia? R= La resistencia de 300Ω y lo comprobamos con la fórmula 𝑃= 𝑃=

𝑉2 𝑅

1202 = 48𝑊 300Ω

Para la resistencia de 600 Ω 𝑉2 𝑃= 𝑅 𝑃=

1202 = 24𝑊 600Ω

Para la resistencia de 1200 Ω 𝑃=

𝑉2 𝑅

𝑃=

1202 = 12𝑊 1200Ω

Problema 3 Conecte la fuente de energía. Haga girar la perilla de control del voltaje de salida hasta que el voltímetro de R1 indique 120V c-d. Mida la corriente que pasa por R1. Formula % 𝑅𝑈 = 300Ω ± (300Ω ∗ 5%) = 295 Ω 𝐼=

𝑉 120𝑉 = 0.406𝐴 = 𝑅 295Ω

Problema 4 Al calcular la potencia que disipa R1 encontramos: Formula % 𝑅𝑈 = 𝑅𝑒𝑞 ± (𝑅𝑒𝑞 ∗ 5%) Formula derivada 𝑃 =

𝑉2 𝑅

V=120v R=300 Ω Formula % 𝑅𝑈 = 300Ω ± (300Ω ∗ 5%) = 295 Ω Potencia calculada 𝑃=

120𝑉 2 = 48.81𝑊 295Ω

Problema 5 Calcule las Btu que disipa R1 por hora 3.43*W=1BTU 3.43*48.81W=167.42BTU

Problema 6 Cambie el valor de R1a 600 Ω. Repita los Procedimientos 2 y 3. Formula % 𝑅𝑈 = 600Ω ± (600Ω ∗ 5%) = 570 Ω 𝐼=

𝑉 120𝑉 = = 0.210𝐴 𝑅 570Ω

Problema 7 Calcule la potencia que disipa R1 (600Ω), utilizando las tres ecuaciones dadas en la sección de la EXPOSICIÓN. •

Fórmula potencia 𝑃 = 𝐼 ∗ 𝑉 𝑃 = 0.21 ∗ 120𝑉 = 25.2𝑊

•

Formula derivada 𝑃 =

•

𝑉2 𝑅

120𝑉 2 = 25.2𝑊 𝑃= 570Ω Formula derivada 𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅 𝑃 = 0.212 ∗ 570Ω = 25.1W

¿Coinciden todos los resultados? Si bien no coinciden exactamente, están dentro de un rango de tolerancia, esto pasa porque son valores medidos, si fueran los valores calculados, los 3 resultados serían exactamente iguales, 24W. Problema 8 Conecte de nuevo el circuito como se ilustra en la figura 9-2. Observe que las 3 resistencias de carga están conectadas en serie.

𝑅𝑒𝑞1 = 𝑅𝑒𝑞2 =

𝑅1 ∗𝑅2 𝑅1 +𝑅2 𝑅1 ∗𝑅2 𝑅1 +𝑅2

=

300∗600

=

1200∗600

300+600

= 200 Ω

1200+600

= 400 Ω

Problema 9 Conecte la fuente de energía, ajuste el voltaje a 90V c-d, según la lectura del voltímetro de dicha fuente. a) Mida y anote la corriente I y el voltaje E en R

Formula % 𝑅𝑈 = 200Ω ± (200Ω ∗ 5%) = 190Ω 𝑉1 = 𝐼 ∗ 𝑅1 = 0.1 𝐴 ∗ 190 Ω = 19𝑉 𝐼=

𝑉 19𝑉 = 0.1 𝐴 = 𝑅 190Ω

b) Desconecte los cables del voltímetro de R1 y conéctelos a R2. Conecte la fuente de 90V cd. Mida el voltaje aplicado a R2.

Formula % 𝑅𝑈 = 300Ω ± (300Ω ∗ 5%) = 295 Ω 𝑉2 = 𝐼 ∗ 𝑅1 = 0.1 𝐴 ∗ 295 Ω = 29.5𝑉

c) Repita midiendo en esta ocasión el voltímetro de R3 Formula % 𝑅𝑈 = 400Ω ± (400Ω ∗ 5%) = 380 Ω 𝑉3 = 𝐼 ∗ 𝑅1 = 0.1 𝐴 ∗ 380 Ω = 38𝑉

Problema 10 Calcule la potencia que se disipa en cada resistencia utilizando la ecuación P = Ex I. Determine la potencia total disipada sumando las tres potencias disipadas individualmente. Encuentre la potencia suministrada. 𝑃1 = 𝐼 ∗ 𝑉1 = 0.1𝐴 ∗ 19𝑉 = 1.9𝑊 𝑃2 = 𝐼 ∗ 𝑉2 = 0.1𝐴 ∗ 29.5𝑉 = 2.95𝑊 𝑃3 = 𝐼 ∗ 𝑉3 = 0.1𝐴 ∗ 38𝑉 = 3.8𝑊 Potencia Disipada 𝑃𝐷 = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 = 1.9W + 2.95W + 3.8W = 8.65𝑊 e) Potencia suministrada 𝑃𝑆 = 𝐼 ∗ 𝑉𝑇 = 0.1𝐴 ∗ 90𝑉 = 9𝑊 a) b) c) d)

Si bien no coinciden exactamente, están dentro de un rango de tolerancia, esto pasa porque son valores medidos vs valores teóricos. Problema 11 A continuación, deberá determinar las potencias disipadas cuando no se conocen las caídas de voltaje en las resistencias. Use el circuito anterior. Formula derivada 𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅 𝑃1 = 𝐼2 ∗ 𝑅1 = 0.1𝐴2 ∗ 190 Ω = 1.9W 𝑃2 = 𝐼 2 ∗ 𝑅2 = 0.1𝐴2 ∗ 295 Ω = 2.95W 𝑃3 = 𝐼 2 ∗ 𝑅3 = 0.1𝐴2 ∗ 380 Ω = 3.8W Problema 12 Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje a 120V c-d guiándose por las lecturas tomadas en el voltímetro de la fuente. Mida y anote la corriente. I=0.133A

Formula derivada 𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅

𝑃1 = 𝐼2 ∗ 𝑅1 = 0.133𝐴2 ∗ 190 Ω = 3.36W 𝑃2 = 𝐼 2 ∗ 𝑅2 = 0.133𝐴2 ∗ 295 Ω = 5.21W 𝑃3 = 𝐼 2 ∗ 𝑅3 = 0.133𝐴2 ∗ 380 Ω = 6.72W Potencia Disipada 𝑃𝐷 = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 = 3.36W + 5.21W + 6.72W = 15.29𝑊 e) Potencia suministrada 𝑃𝑆 = 𝐼 ∗ 𝑉𝑇 = 0.133𝐴 ∗ 120𝑉 = 15.96𝑊

a) b) c) d)

Problema 13 Formula derivada 𝑃 = 𝑃1 =

𝑃2 =

𝑉2 𝑅1

=

90𝑉 2 300Ω

𝑉2 𝑅

= 27𝑊

𝑉 2 90𝑉 2 = 13.5𝑊 = 𝑅2 600Ω

𝑉 2 90𝑉 2 = 40.5𝑊 = 𝑃𝑇 = 𝑅𝑇 200Ω Problema 14 Si se sabe que la potencia suministrada debe dar la potencia total 𝑃𝑇 Y que el voltaje de la fuente es 90V c-d, calcule el valor de la corriente de fuente 𝐼𝑇 𝐼𝑇 =

𝑃𝑇 40.5𝑊 = 0.45𝐴 𝑉 90V

Problema 15 Conecte el miliamperímetro al circuito (como se indica en la Figura 9-4), para medir la corriente del circuito. Formula % 𝑅𝑈 = 200Ω ± (200Ω ∗ 5%) = 190 Ω 𝐼𝑀 = 0.47𝐴 La diferencia es mínima, ya que esta dentro del rango de tolerancia.

ANEXO #2 INDICAR CALCULOS, FORMULAS ORIGINALES, DERIVADAS, DIAGRAMAS Y RESPUESTAS. V = I*R Formula derivada 𝐼 = Formula derivada 𝑅 =

𝑉 𝑅 𝑉 𝐼

Formula original paralelo 𝑅𝑒𝑞 =

𝑅1 ∗𝑅2 𝑅1 +𝑅2

1 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒

=

1 𝑅1

+

1 𝑅2

+

1 𝑅3

1

+𝑅

𝑛

Formula original serie 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 +𝑅𝑛

Fórmula potencia 𝑃 = 𝐼 ∗ 𝑉 Formula derivada 𝑃 =

𝑉2 𝑅

Formula derivada 𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅 Problema 1 Calcule la potencia disipada en cada resistencia, así como la potencia total de cada uno de los circuitos de la figura 9-5.

a) 𝑃1 = 𝐼2 ∗ 𝑅1 = 4𝐴2 ∗ 5 Ω = 80W 𝑃2 = 𝐼 2 ∗ 𝑅2 = 1𝐴2 ∗ 3 Ω = 3W 𝑃3 = 𝐼 2 ∗ 𝑅3 = 3𝐴2 ∗ 6 Ω = 54W Potencia total 𝑃𝑇 = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 = 80W + 3W + 54W = 137𝑊

b) 𝑅5 =

50𝑉 2 4𝐴 2∗

= 12.5Ω

𝑃5 = 𝐼 𝑅 = 42 ∗ 12.5Ω = 200𝑊 𝑃6 = 𝐼 2 ∗ 𝑅 = 42 ∗ 10Ω = 160𝑊 Potencia total 𝑃𝑇 = 𝑃5 + 𝑃6 = 200W + 160W = 360𝑊

c) 𝑅8 =

60𝑉2 3𝐴

= 20Ω

60𝑉 2

= 12Ω 5𝐴 𝑃7 = 𝐼 2 ∗ 𝑅1 = 8𝐴2 ∗ 10 Ω = 640W 𝑃2 = 𝐼 2 ∗ 𝑅2 = 3𝐴2 ∗ 20 Ω = 180W 𝑃3 = 𝐼 2 ∗ 𝑅3 = 5𝐴2 ∗ 12 Ω = 300W Potencia total 𝑃𝑇 = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 = 640W + 180W + 300W = 1120𝑊 𝑅9 =

Problema 2 El alambre redondo de cobre, de calibre 12, tiene una resistencia de 1.6 ohm por mil pies. a) Calcule la potencia que se pierde en un conductor de alambre de cobre de calibre 12, de 200 pies de largo, que lleva una corriente de 10A. (200ft*1.6 Ω)/1000ft =0.32 Ω 𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅 𝑃 = 10𝐴2 ∗ 0.32Ω = 32𝑊 b) ¿Cuál es el voltaje entre los dos extremos del conductor (a)? V = I*R V=10A*0.32 Ω = 3.2𝑉 Problema 3 El devanado de campo en derivación de un motor de c-d tiene una resistencia de 240 ohm. Calcule la potencia que se pierde cual es el voltaje aplicado es 120Vc-d. 𝑃=

𝑉 2 120𝑉 2 = 60𝑊 = 240Ω 𝑅

Problema 4 Un fusible de 1 ampere tiene una resistencia de 0.2 ohm. Dicho fusible se fundirá o “quemará” cuando la corriente que pasa por él sea lo suficientemente grande para producir una pérdida de potencia de 5 watts. ¿Cuál es el valor de esta corriente “de fusión”? 𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅

√𝑃

√5𝑊 = 0.2Ω = 5𝐴 𝑅

𝐼=

Problema 5 a) Si un rayo de 20,000 amperes cae en dicha torre, ¿Cuál será la potencia disipada en la “tierra”? 𝑃 = 𝐼2 ∗ 𝑅 𝑃 = 20𝐾𝐴2 ∗ 2Ω = 800𝑀𝑊 b) ¿Cuál será la caída de voltaje en la “tierra” en el instante en que se produce el fenómeno descrito en (a)? 𝑉=

𝑃 800𝑀𝑊 = 40𝐾𝑉 𝐼 20𝐾𝐴

Problema 6 Para elevar un grado de Fahrenheit la temperatura de una libra de agua se requiere 1 Btu. ¿Cuánto tiempo se necesita para calentar 100 libras de agua (en un tanque perfectamente aislado), de 70ºF a 160ºF, utilizando un elemento de resistencia de 12 ohm conectado a una línea de 120V? 3.43 *W =Btu 𝑃=

𝑉 2 120𝑉 2 = 1200𝑊/ℎ = 12Ω 𝑅

3.43 *1200W =4116 Btu Temperatura por aumentar 90 ºF, 1 btu aumenta 1ºF de 1 libra de agua, para 100libras serán 100btu, para 90 ºF serán 9000btu 9000/4116=2.18h=2 horas con 11 minutos. Problema 7 Un motor de c-d toma una corriente de 50A a 230V. Si se disipan 1,200W en forma de calor en dicho motor, ¿de cuánta potencia se dispone para el trabajo mecánico? 𝑃 =𝐼∗𝑉 𝑃 = 50𝐴 ∗ 230𝑉 = 11500𝑊 𝑃 = 11500𝑊 − 1200𝑊 = 10300𝑊...