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GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO EXPERIMENTAL Talleres y Laboratorios de Docencia ITM

Código FGL 029 Versión 02 Fecha 08-10-2018

1. IDENTIFICACIÓN DE LA GUÍA Nombre de la guía:

Simulación de circuitos eléctricos

Código de la guía (No.):

004

Taller(es) o Laboratorio(s) aplicable(s):

Laboratorio de Circuitos Eléctricos y Electrónica

Tiempo de trabajo práctico estimado:

2 horas

Asignatura(s) aplicable(s):

Laboratorio de Circuitos eléctricos

Programa(s) Académico(s) / Facultad(es):

COMPETENCIA

CONTENIDO TEMÁTICO

Comprueba el comportamiento de las variables eléctricas y de las leyes que rigen los circuitos de corriente Analizar circuitos directa y de corriente eléctricos utilizando alterna usando métodos software de simulación. de análisis de circuitos bajo el uso adecuado de equipos de generación y de medición eléctrica.

INDICADOR DE LOGRO Identifica las componentes de un circuito en un simulador. Simula circuitos eléctricos en corriente continua. Adquiere correctamente corriente y voltaje en los elementos de un circuito.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Las herramientas de simulación permiten emular el comportamiento de un circuito eléctrico y evaluar los valores de sus variables eléctricas. Es decir, que la simulación de un circuito además de permitir identificar el funcionamiento de las partes que lo conforman, también permite comprobar los resultados obtenidos a través del análisis teórico. En la actualidad el Instituto Tecnológico Metropolitano – ITM, cuenta con licencia para el software de simulación de circuitos Circuit Maker, es fácil de usar y su estructura hace que su manejo sea intuitivo. La Tabla 1 contiene los esquemáticos disponibles en su barra de herramientas y el panel de componentes.

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Esquemático

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Descripción Para mostrar o esconder el panel de herramientas. Abrir un nuevo proyecto. Abrir un archivo de un proyecto anterior. Guardar proyecto. Imprimir esquemático. Para manipular el circuito. Para realizar conexiones. Editor de texto. Eliminar elemento. Herramienta para probar conexiones y elementos. Aumentar o ajustar tamaño del esquemático. Información acerca de Circuit Maker. Configurar características de la funcionalidad del circuito. Simular el circuito y realizar mediciones. Multímetro. Resistor (R). Fuente de voltaje(V). Tierra. Fuentes de corriente dependientes de voltaje (IcVs) y corriente (IcIs). Fuentes de voltaje dependientes de voltaje (VcIs) y corriente (VcVs). Tabla 1. Esquemáticos básicos de Circuit Maker.

Para obtener resistores, fuentes dependientes, fuentes independientes, tierra y multímetro, debe ubicar el panel de la Figura 1 y seleccionar el componente que debe usar:

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Figura 1. Panel de herramientas. 2.1. Otros simuladores. Existen otros simuladores que permiten realizar el mismo análisis, utilizando diferentes métodos. A continuación, se listan algunos:     

PSpice: Es un software gratuito. Tinkercad: Permite simular por medio de una interfaz gráfica, basada en circuitos reales y no en esquemáticos. Proteus: Permite montar circuitos complejos, posee múltiples componentes. Además, se pueden montar circuitos digitales PCB 123: Se puede crear el circuito esquemático, incluso desde la protoboard y visualizar las partes de circuitos integrados. EasyEDA: Simulador online, que almacena en una base de datos los proyectos creados.

3. OBJETIVOS  

Identificar los símbolos esquemáticos de los elementos de un circuito. Realizar montajes circuitales en un simulador.

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Medir variables eléctricas en un circuito utilizando las herramientas propias de cada simulador.

4. RECURSOS REQUERIDOS 4.1 Del módulo de laboratorio:  Computador con Circuit Maker instalado. 4.2 Recursos que deberá presentar el estudiante:  Guía de laboratorio.  Preinforme. 5. PROCEDIMIENTO O METODOLOGÍA PARA EL DESARROLLO 5.1 Preinforme Debe realizar el análisis nodal para el circuito de la Figura 2, halle la totalidad de las variables eléctricas. Luego, compruebe sus resultados a través del análisis de mallas. Debe realizar estos cálculos con anterioridad al horario de clase.

Figura 2. Esquemático del circuito [ CITATION Ale06 \l 9226 ]. 5.2 Procedimiento a) Inicie Circuit Maker en su computador. b) En el panel de búsqueda, ubicado al lado izquierdo de la pantalla despliegue el menú General. Luego, despliegue los submenús Resistors y Sources. c) Posicione el puntero del mouse sobre el elemento y presione doble clic, para agregar un componente, la Figura 1 muestra el menú y los submenús Página 4 de 9

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que debe seleccionar para acceder a algunos de los componentes utilizados para la práctica. d) Agregue dos resistores replicando el esquema de la Figura 3.

Figura 3.

Simulación en Circuit Maker para la práctica

e) Debe dar clic sobre el elemento para modificar sus parámetros. Puede configurar el valor, nombre y dar una característica breve. El simulador le mostrará una ventana emergente (ver Figura 4), sobre esta podrá configurar el valor de resistor: -

Label-Value: Ingrese el valor de resistencia deseado. Designation: Designe un nombre para diferenciar el resistor (todos los nombres deben ser diferentes, de lo contrario en momento de iniciar la simulación arrojará un error). Description: Realice una descripción breve.

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Figura 4. Configuración de una resistencia. f) Ahora, agregue los demás elementos señalados en la Figura 1 (I Source y Ground). g) En el menú Analogic despliegue el submenú Power e incluya una fuente de corriente controlada por voltaje (V->I), la Tabla 2 contiene una breve descripción del esquemático. Esquemático

Descripción Fuente de voltaje dependiente controlada por una variable de corriente: Los terminales en azul corresponden a la fuente de voltaje dependiente y los terminales señalados de color rojo pertenecen a la variable de control. Fuente de corriente controlada por una variable de voltaje: Los terminales señalados con color azul pertenecen a la fuente de corriente dependiente y los terminales señalados de color rojo pertenecen a la variable de control. Tabla 2. Esquemáticos de algunas fuentes dependientes.

h) Realice las conexiones pertinentes y replique el circuito de la Figura 2 y 3. Recuerde que se debe incluir una referencia de tensión (tierra). De no hacerlo el circuito no será simulado. Página 6 de 9

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i) De clic en el símbolo para simular (ver tabla 1). Como se muestra en la Figura 5, es necesario incluir multímetros para realizar medidas de corriente y voltaje. Ubique sus resultados en la Tabla 3.

Figura 5. Medición de variables eléctricas con el simulador Circuit Maker. Medidas Valores calculados Valores simulados VR1(V) 6,667 VR2(V) 4,44 V_IS1(V) 11.11 IR1 (A) bIR2(A) Ifc (A) Tabla 3. Resultados obtenidos para el circuito de las Figuras 1 y 2. 6. PARÁMETROS PARA ELABORACIÓN DEL INFORME Debe contener mínimo cuatro conclusiones y/o recomendaciones. Además de incluir algunas observaciones acerca de la guía, debidamente sustentadas. 6.1 Responder las siguientes preguntas 1. ¿En cuál de las resistencias de la Figura 5 se espera que exista una caída de tensión más alta? Explique la razón por la cual esto sucede. 2. Consulte acerca de otro software de simulación (se sugiere PSpice) y realice el montaje en el simulador elegido. Mida en los mismos puntos el voltaje y la corriente. Posteriormente, compare los resultados obtenidos en ambos softwares. 3. Resuelva los siguientes circuitos y realice la comprobación de sus resultados mediante simulación. En la figura 6 encuentre el valor de la corriente I y el voltaje V ab. Para la figura 7 encuentre los voltajes v 1, v2 y v3;

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finalmente, para en la figura 8 resuelva el circuito, encuentre la corriente a través del resistor de 5k, su voltaje y la potencia disipada.

Figura 6. Circuito propuesto 1 [ CITATION Ale06 \l 9226 ].

Figura 7. Circuito propuesto [ CITATION Ale06 \l 9226 ].

Figura 8. Circuito propuesto [ CITATION Ale06 \l 9226 ]. 7. DISPOSICIÓN DE RESIDUOS Los residuos generados en esta práctica deberán ser dispuestos de acuerdo al plan de manejo de residuos sólidos AGA 001 capítulo 8 y teniendo en cuenta el procedimiento de manejo integral de residuos PGAH 013. Esta separación se encuentra a cargo de los laboratoristas. 8. BIBLIOGRAFÍA Página 8 de 9

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Alexander, C., & Sadiku, M. (2006). Fundamentos de circuitos eléctricos. Mexico D.F.: MacGraw-Hill. Recuperado el 06 de 08 de 2018

Elaborado por: Revisado por: Versión: Fecha:

Comité de Área de Circuitos 001 09/12/2019

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