Práctica N° 02 Instrumentación eléctrica PDF

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Electricidad y MagnetismoFACULTAD DE PROCESOSEscuela Profesional de Ingeniería Química2021Arequipa - Perú Ccalla Gutierrez Yhamely Milagros Mamani Dávila Ricardo AlexisRoxana Filomena Torres GuillenLaboratorio – Física 2AElectricidad y MagnetismoAPELLIDOS Y NOMBRES: CUI:ESCUELA PROFESIONAL: FECHA:...

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Laboratorio Electricidad y Magnetismo

FACULTAD DE PROCESOS Escuela Profesional de Ingeniería Química

 Ccalla Gutierrez Yhamely Milagros  Mamani Dávila Ricardo Alexis

Roxana Filomena Torres Guillen Laboratorio – Física 2 A

Arequipa - Perú

2021

Laboratorio Electricidad y Magnetismo APELLIDOS Y NOMBRES:

CUI:

ESCUELA PROFESIONAL:

FECHA:

HORARIO: PROFESOR (A):

NOTA:

PRÁCTICA Nº 2: INSTRUMENTACIÓN ELÉCTRICA A. COMPETENCIAS ●

B.

Identifica los diferentes equipos eléctricos su funcionamiento, símbolos convencionales para la creación de circuitos eléctricos y determina el valor de la resistencia eléctrica usando la ley de Ohm con la plataforma “online” Tinkercad con pensamiento crítico y responsable.

INFORMACIÓN TEÓRICA Para el correcto desarrollo de las practicas virtuales de laboratorio de electricidad y magnetismo es necesario conocer y saber utilizar los instrumentos de mediciones eléctricas. El empleo de instrumentos de medición eléctrica se hace manifiesto en los circuitos eléctricos. B.1 Instrumentos para mediciones eléctricas

Amperímetro analógico Mide la intensidad de corriente eléctrica que pasa por algún tramo de un circuito eléctrico. Se conecta en serie de tal manera que la corriente pase directamente a través del amperímetro. Presenta resistencia interna pequeña.

[1]

Voltímetro analógico Mide la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de un circuito. Se conecta en paralelo y presenta una resistencia interna de gran valor.

[2]

Ohmímetro analógico permite medir la resistencia eléctrica, se conecta directamente a los terminales del dispositivo a medir, llamado resistor.

Multímetro digital

Fuente de alimentación

Es aquel instrumento que por medio de un dial permite preseleccionar y comportarse como un amperímetro, voltímetro, ohmímetro, medidor de capacitancias, de temperatura, entre otros.

son equipos eléctricos que proporcionan energía eléctrica o suministran la corriente eléctrica a una tensión fija durante el tiempo de, funcionamiento(suministro) . Pueden ser pilas, baterías, transformadores, paneles solares, entre otros. Si el dispositivo permite varias la tensión de manera continua, recibe el nombre de variac. Se encuentran fuentes de corriente continua y fuentes de corriente alterna.

[4]

[3]

2

5]

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En el laboratorio hay distintos tipos o modelos de estos multímetros, correspondientes a diferentes marcas, pero todos ellos tienen unas partes o componentes comunes:

Fuente de imagen: multímetro Fluke https://www.areatecnologia.com/electricidad/fluke.html

B.2 Fundamento teórico sobre mediciones en equipos eléctricos a) Precisión en equipos analogicos Clase del equipo, La clase del equipo eléctrico incluye todos los tipos de errores posibles Para medidores analógicos existen las siguientes clases: 0.05; 0.1; 0.25; 1; 1.5; 2.5; 5. Equipos en clase menor que 1 son llamados equipos de precisión y los de clase mayor a 1 son equipos de uso común. La precisión de un equipo analógico, se determina usando la siguiente relación: 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖ó𝑛 =

𝑐𝑙𝑎𝑠𝑒 𝑥 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 100

(1)

b) Precisión en equipos digitales Si la medida se realiza con un instrumento digital, la precisión está establecida por el fabricante del equipo, la cual servirá para determinar la incertidumbre en la medición, con la siguiente ecuación:

Ejemplo. Se midió una tensión de 50.35 𝑉 en corriente continua con un multímetro que tiene una

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Precisión según manual del instrumento.

±(1% + 2𝑑𝑖𝑔𝑖𝑡𝑜𝑠 ) .

𝛿𝑉 = ±(0,50 + 2 𝑑𝑖𝑔𝑖𝑡𝑜𝑠 ) Resultado de la lectura será

𝛿𝑉 = ±0,52

𝑉 = (50,35 ± 0,52) 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠

c) Sensibilidad, La desviación de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala.

𝑉 = 𝐼. 𝑅

𝐼=

𝑉 𝑅

𝑅=

𝑉 𝐼 (2) (2)

B.3 Mediciones e incertidumbre El resultado de cualquier medición se expresa por el valor medido y el error de medición con sus respectivas unidades. 𝑥 = (𝑥 ± 𝛿𝑥)[𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 ]

(3)

B.4 Comparación de un valor experimental con el bibliográfico ●

Intervalo de incerteza, Es la región acotada por el error de la medición entorno al valor medido. Cuando el valor bibliográfico se encuentra dentro de la región de incerteza de la medición, se trata de un “error accidental”, en el caso contrario será un “error sistemático”.

●

Comparación porcentual, Expresa una “diferencia” o “discrepancia” experimental respecto al valor bibliográfico en forma porcentual. 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (%) = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 | 𝑥100% 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜

4

(4)

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B.5 El circuito eléctrico y sus componentes Un circuito eléctrico consiste en un conjunto de elementos o dispositivos unidos entre sí, que permiten la circulación de una corriente entre dos puntos, para utilizar la energía eléctrica. Los circuitos eléctricos se componen, generalmente, de los siguientes elementos: ● ● ● ● ●

Un generador de energía. Un receptor o consumidor de esa energía. Conductores que transportan la energía. Elementos de maniobra. Elementos de protección.

B.7 Símbolos convencionales en equipos eléctricos

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CUESTIONARIO PREVIO 1. ¿Qué es un amperímetro y un voltímetro? Explique brevemente su disposición en un circuito. 

Un amperímetro es un instrumento para medir la corriente eléctrica, que fluye sobre una rama de un circuito eléctrico. Se debe colocar en serie con la rama a medir y debe tener muy baja resistencia para evitar una alteración significativa de la corriente que se va a medir

 Un voltímetro mide la diferencia de voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico, y por lo tanto, se debe conectar en paralelo con la porción del circuito sobre el que se quiere realizar la medida

2. Cómo se determina la incertidumbre de un instrumento analógico y de un instrumento Digital.  

En aparatos analógicos se toma como incertidumbre del instrumento la menor unidad que pueda medir el aparato En aparatos digitales se toma como incertidumbre una unidad del último dígito de lectura

3. Calcular la incertidumbre con una cifra significativa, para la clase del equipo de 1,5. a) Lectura 0,65 en la escala de 1 A Precisión = clase x escala / 100 Precisión = (1.5 x 1)/100 Precisión = 0.2 A=(0.65±0.2) b) Lectura 25 V en la escala de 60 V Precisión = clase x escala / 100 Precisión = (1.5 x 60)/100 Precisión = 0.9 V=(25±0.9) 4. En los extremos de una batería de voltaje V se conecta una resistencia R1 originando una corriente de 5 A, luego cambiamos esta por otra R2 cuya resistencia eléctrica de 10 Ω mayor que la anterior, originando una corriente de 3 A. Determine el voltaje V de la batería y la resistencia eléctrica de R1 y R2.

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(𝑰𝟏 )(𝑹𝟏 ) = (𝑰𝟐 )(𝑹𝟐 )

(𝟓)(𝑹) = (𝟑)(𝑹 + 𝟏𝟎) → 𝟓𝑹 = 𝟑𝑹 + 𝟑𝟎 → 𝟐𝑹 = 𝟑𝟎 → 𝑹 = 𝟏𝟓Ω

𝑹𝟏 = 𝑹 = 𝟏𝟓𝜴

𝑽 = 𝑰𝑹 → 𝑽 = (𝟏𝟓)(𝟓) = 𝟕𝟓𝑽

𝑹𝟐 = 𝑹 + 𝟏𝟎 = 𝟐𝟓𝜴

C. MATERIALES Y ESQUEMA ●

Programa de simulación de circuitos eléctricos (TinkerCad) https://www.tinkercad.com/ -

01 Resistencia de 47 Ω. 01 Interruptor deslizante 02 Multímetro digital. 01 Suministro de energía

Figura 1: Esquema de circuito eléctrico a realizarse en la práctica virtual.

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Figura 2: Representación del circuito eléctrico a implementar en el simulador.

D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. 2. 3. 4.

Acceda al link proporcionado en el apartado C, y arme el circuito como se muestra en la figura. Haga click en iniciar simulación y registre el valor de la corriente que se muestra en el multímetro digital, anótelo en la tabla 1 y detenga la simulación. Haga click en la batería, vera que se abre un nuevo apartado, en ella seleccione 2, 3, 4 baterías en la pestaña recuento y repita el paso anterior. Aumentar como se puede ingresar sin ningún problema Tabla 1: Circuito con resistencia de 47 Ω Lectura 1

E.

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑉) 2

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒(𝑚𝐴) 42.6

2

4

85.1

3

6

128

4

8

170

5

10

213

6

12

255

7

14

298

8

16

340

9

18

383

10

20

426

ANÁLISIS DE DATOS 1. Con los datos de la tabla 1 mediante la ecuación N°2 completar la siguiente tabla: 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎(𝑉)

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒(𝐴)

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎(𝛺) R=V/I

2

0.0426

46.95

4

0.0851

47

6

0.128

46.875

8

0.170

47.06

10

0.213

46.95

12

0.255

47.06

8

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2.

14

0.298

46.98

16

0.340

47.06

18

0.383

46.99

20

0.426

46.95

𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜

46.99

Exprese el resultado final de la Resistencia con su incertidumbre. R= (

46.99 ±

0.06 ) Ω

3. Con los datos de la tabla 2 grafique la intensidad de corriente en función del voltaje y obtenga la ecuación de la recta Grafica N°1(Sugerencia sar Excel o Origin)

4. ¿Cuál es el significado físico de la pendiente obtenida en la Gráfica N°1? La pendiente es la inversa de la resistencia (B=1/R) y se llama conductancia

F.

COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN

1. Compare el valor obtenido de la resistencia 𝑅𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 con el valor de la resistencia nominal indicada en el simulador. 47 − 46.99 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛(%) = | | 𝑥 100% = 0.021% 47

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2. Compare el valor obtenido de la resistencia mediante la gráfica N°1 con el valor de la resistencia indicada en el simulador. 1 47 − 0.0213 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛(%) = | | 𝑥 100% = 0.11% 47 G. CONCLUSIONES  

Se comprobó que los simuladores son confiables pues al aplicar las fórmulas encontramos que la resistencia básicamente es la misma Mediante la práctica se pudo conocer la intensidad de corriente eléctrica, voltaje, o resistencia de forma indirecta con la ley de ohm gracias a la ayuda de los instrumentos eléctricos que nos brindaron dos datos necesarios para encontrar el terceo.

H. CUESTIONARIO FINAL 1. ¿Cuál es la diferencia entre un instrumento de medición analógico y uno digital? Un instrumento de señal analógica es un instrumento cuya señal cambia continuamente y mantiene una relación fija con la entrada, además, estos instrumentos se pueden utilizar para procesar y calcular variables y utilizarlas cuando llega la señal.

2. En el simulador como están conectados el voltímetro y amperímetro ¿Por qué? Un instrumento de señal analógica es un instrumento cuya señal cambia continuamente y mantiene una relación fija con la entrada, además, estos instrumentos se pueden utilizar para procesar y calcular variables y utilizarlas cuando llega la señal.

3. Con el instrumento de la figura, indicar la posición en el instrumento y los puntos de conexión que se deben usar: a) Para medir una corriente de 1.5 A DC La posición en la zona “f”, mientras que el punto de conexión es el “c”

b) Un voltaje de 6 V DC. La posición es la zona “a”, y el punto de conexión es “e” I.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

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Autor Serway & Jewett

J.

Título

Edición

Física para ciencias e ingeniería con física moderna. Vol. 2

Año

Séptima

BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA

1. Guías de Laboratorio de Física Básica, Departamento Académico de Física UNSA, Año 2016. 2. https://www.tinkercad.com/

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