Laboratorio Practica 3 Circuitos Resistivos Mixto [PDF]

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INFORME DE LABORATORIO PRÁCTICA VIRTUAL Nº3

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CIRCUITOS RESISTIVOS EN CONFIGURACIÓN MIXTA B.P.William A1 20191177183, Facultad de Ciencias Exactas. Prog. Física, USCO S.Yerson S2 , 20182174092, Facultad de Ciencias Exactas. Prog. Física, USCO F. G. Maria A3 , 20191178215, Facultad de Ciencias Exactas. Prog. Física, USCO E.V. Wilmer A4 , 20191178793, Facultad de Ciencias Exactas. Prog. Física, USCO

F

1.

INTRODUCCIÓN

Este informe, Se realizó con el objetivo de aplicar la ley de ohm a los circuitos eléctricos en configuración Mixta, identificando que un circuito mixto es una combinación de varios elementos conectados tanto en paralelo como en serie, estos pueden colocarsen siempre y cuando se utilicen los dos sistemeas de elementos. De esta forma estos valores logran simplificar los componentes conectados en serie y en paralelo, hasta obtener un circuito equivalente simple. Los circuitos eléctricos mixtos son útiles al momento de reducir la caída de tensión sobre algún componente en particular. Para ello se realizan arreglos en serie y en paralelo para inducir el efecto deseado.

2. 2.1.

3.

C IRCUITOS R ESISTIVOS EN C ONFIGURA M IXTA

CIÓN

Un Circuito eléctrico Mixtoes aquel que resulta de la combinación de dos configuraciones básicas: circuitos en serie y circuitos en paralelo. Se trata de los montajes más comunes de la vida cotidiana, ya que las redes eléctricas convencionales resultan de la mezcla de circuitos sexcuenciales y paralelos entre sí. Para calcular los valores equivalentes de cada componente (resistencias, condensadores, inductores, etc), se simplifica el análisis reduciendo el circuito a su expresión más simple.

OBJETIVOS Objetivo General

Comprender la dinámica de las principales variables Eléctricas. Desarrollar habilidades en la correcta medición de cada una de las variables en medios virtuales.

Figura 1. Circuito en Configuración Mixta

2.2.

3.1.

Objetivos Especificos Familiarizarse con el diseño, puesta en marcha y medición de variables eléctricas de circuitos electrónicos mediante el uso de simuladores. Comprender la forma correcta de medir el voltaje con respecto a un punto de referencia. Comprender la forma correcta de medir la corriente. Identificar los diferentes instrumentos con los cuales se pueden hacer mediciones de voltaje y corriente. Construir circuitos resistivos en configuración mixta.

Características

Dada la infinidad combinaciones posibles entre circuitos en serie y en paralelo, los circuitos eléctricos mixtos son ideales para establecer enlaces y conmutaciones diversas a lo largo de toda la conexión. Las características más representativas de los circuitos eléctricos mixtos son las siguientes:

3.1.1. Los terminales de los elementos se conectan según el diseño y la función deseada Los circuitos mixtos no se limitan a un único estilo de conexión, ya que son diseñados para cumplir con

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un objetivo determinado, según la interacción de los receptores del circuito. Por ejemplo: la caída de tensión puede hacer que en un circuito mixto de bombillos, algunos de estos brillen con más intensidad que otros, debido al juego de las resistencias en serie y en paralelo.

3.1.2. La caída de tensión entre nodos puede ser variable Semejante al caso anterior, la libertad del circuito mixto permite obtener dos resultados posiblessobre cada conexión. Si los elementos están conectados en serie, el voltaje total será la suma algebraica de los voltajes parciales, siempre y cuando la conexión se realice respetando la conexión alterna de las polaridades.

VT = V1 + V2 + V3 + ..... + Vn

(1)

En cambio, si la conexión es en paralelo, las tensiones entre nodos será siempre la misma:

VT = V1 = V2 = V3 = ...... = Vn

(2)

3.1.3. La intensidad de la corriente varía dependiendo de la conexión

El circuito debe simplificarse tratando de ir de lo más complejo a lo más simple. Para ello se recomienda primero calcular las resistencias equivalentes de todos los segmentos en paralelo, mediante la siguiente fórmula:

1 1 1 1 1 = + + + ...... RT R1 R2 R3 Rn

(5)

Luego, cuando se haya reducido el sistema a una conexión de varias resistencias en serie, el cálculo de la resistencia total del circuito sería la suma de todos los valores obtenidos, mediante la siguiente fórmula:

R T = R 1 + R 2 + R 3 + ...... + R n

3.2.

(6)

¿Cómo Funciona?

Generalmente los circuitos mixtos tienen al alimentador conectado en serie con un interruptor que energiza a todo el sistema por igual. Luego de este alimentador, suelen presentarse varios circuitos secundarios cuya configuración varía según la disposición de los receptores: secuencias y paralelismos sin un patrón específico. Incluso es factible apreciar conmutaciones; es decir, cambios de conexión alternados entre un circuito secundario u otro, dependiendo del diseño del sistema.

En cada malla del circuito se cumple el precepto de que la corriente es la misma sobre todos los puntos, siempre que no existan ramificaciones adicionales dentro de la configuración inicial.

En el caso de las conexiones que se encuentren en serie, al desconectar una parte de este lazo o malla todo el circuito adyacente quedará desincorporado del montaje automáticamente.

En ese caso, la corriente eléctrica de la malla es única, y es la misma que atraviesa a cada uno de los receptores dentro del circuito:

En cambio, si se trata de circuitos secundarios en paralelo, en caso de que uno de los componentes se funda y se genere un punto abierto, el otro ramal seguirá funcionando de manera independiente.

I T = I 1 = I 2 = I 3 = ...... = I n

(3)

Si, por el contrario, la corriente se divide cada vez que pasa por un nodo, entonces la corriente total será la suma de todas las corrientes de bifurcación del circuito:

I T = I 1 + I 2 + I 3 + ...... + I n

(4)

3.1.4. La resistencia total equivalente del circuito no tiene una fórmula única El valor de la resistencia total equivalente de un circuito eléctrico mixto no obedece a una fórmula específico; por el contrario, va a depender directamente del tipo de conexión, y su obtención es diferente en cada caso.

Figura 2. Circuito Eléctrico Mixto y su funcionalidad

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4.

DESARROLLO

4.1.

PROCEDIMIENTO

3

En la figura 3 se ilustra la forma correcta de medir el voltaje de un elemento, en este caso una resistencia, en donde el punto de referencia es B.

Figura 5. Circuito Resistivo Mixto - Análisis Teórico

(tierra ); la corriente en las resistencias R1, R2, R3, y R4 la corriente total, la potencia en las resistencias R1, R2, R3 y R4 y la potencia suministrada por la fuente de tensión. Figura 3. Forma correcta de medir el voltaje

b)Los cálculos realizados resumirlos en la tabla 3. En la figura 4 se ilustra la forma correcta de medir la corriente en un circuito, la corriente medida es entre los puntos A y B.

4.3.

ACTIVIDAD PRÁCTICA

Para los resistores R1, R2, R3 y R4 azuman una potencia técnica limite de 1/4W o 0,25W y una tolerancia relativa del orden del +/- 5 % en caso de sobrepasar esta limitante, favor escribir que sucedería y proponer soluciones, sin alterar los valores óhmicos y de voltaje de los componentes. Realice el montaje del circuito de la figura 4 en la protoboard virtual usando el programa fritzing para el cual se facilita la siguiente información. Figura 4. Forma correcta de medir la corriente

Para definir los valores de los resistores se aplica las ecuaciones de la table 1: R1 R2 R3 R4

1.0 2.1 3.2 5.3

+ + + +

((A ((A ((A ((A

+ + + +

B B B B

+ + + +

C C C C

+ + + +

D)*10)kΩ D)*10)kΩ D)*10)kΩ D)*10)kΩ

Tabla 1. Ecuaciones para definir los valores de los resistores Donde A,B,C y D corresponde al valor numérico del último digito del código del estudiante, si el grupo del laboratorio es inferior a 4 estudiantes asumir un valor de cero (0) para la letra faltante.

4.2.

ANÁLISIS TEÓRICO

Analizar matemáticamente el circuito de la figura 3. a) Calcular: la resistencia total; los voltajes en los puntos X, Y y Z con respecto al punto de referencia

Figura 6. Representación de la Protoboard

Para la representación de la protoboard virtual del programa Fritzing, los estudiantes deben tener en cuenta los siguientes elementos para su adecuada representación. El orden y el buen uso del espacio de la protoboard es vital. Las referencias de los elementos y códigos de colores de los resistores deberan ser coherentes con los valores establecidos por el circuito esquemático de la figura 3 y la tabla 1. Los trozos de las conexiones siempre deben ser trozos horizontales y verticales, trozos diagonales

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Circuito Resis Mixto Teórico Voltaje X Voltaje Y Voltaje Z Corriente en R1 Corriente en R2 Corriente en R3 Corriente en R4 Corriente Total Potencia en R1 Potencia en R2 Potencia en R3 Potencia en R4 Resistencia Total Potencia de la Fuente

no seran admitidos.

En el programa de simulación Crocodrile Clip 3.5 32 bits professional 98 (u otro equivalente y de preferencia del grupo de trabajo) Realice el diseño propuesto por el circuito de la figura 7:

Valores Calculados 12 v 4.83 v 2.43 v 5.47 mA 3.66 mA 1.8 mA 1.8 mA -5.57 mA 39.2 mW 17.7 mW 4.31 mW 4.37 mW 219.44 -6.6 mW

Tabla 3. Circuito Resistivo en configuración Mixta Teórico Circuito Resis Mixto Simulado Voltaje X Voltaje Y Voltaje Z Corriente en R1 Corriente en R2 Corriente en R3 Corriente en R4 Corriente Total Potencia en R1 Potencia en R2 Potencia en R3 Potencia en R4 Potencia de la Fuente

Figura 7. Circuito Resistivo Mixto - Simulador Crocodile Clips 3.5

Recordar usar los valores de los resistores calculados de la tabla 1, implemente las herramientas necesarias para tomar las mediciones de voltaje y corriente como se indica a continuación: a) Mida: los voltajes en los puntos X, Y y Z con respecto al punto de referencia (tierra ); la corriente en las resistencias R1,R2, R3 y R4, la corriente total, con los valores de voltaje y corriente, estime la potencia en las resistencias R1, R2, R3 y R4 y la potencia suministrada por la fuente de tensión. b) Las mediciones realizadas resumirlas en la tabla 4.

Tabla 4. Circuito Resistivo en configuración Mixta Simulado Circuito Resistivo Mixto Voltaje X Voltaje Y Voltaje Z Corriente en R1 Corriente en R2 Corriente en R3 Corriente en R4 Corriente Total Potencia en R1 Potencia en R2 Potencia en R3 Potencia en R4 Potencia de la Fuente

Para el Informe Una vez diligenciada la tabla 2 y la tabla 3, proceda a estimar el porcentaje de error, aplicando la ecuación 1:

Er r or Rel at i vo = |

V al or Teór − V al or Si mu | ∗ 100 V al or si mul ad o

(7)

Ecuación 1 Los resultados de % Error Relativo se registran en la tabla 5.

5.

RESULTADOS Resistores R1 R2 R3 R4

Ecuación 1.0+((2+3+5+3)*10) 2.1+((2+3+5+3)*10) 3.2+((2+3+5+3)*10) 5.3+((2+3+5+3)*10)

Valor de R - kΩ 131 132.1 133.2 135.3

Tabla 2. Valores de los Resistores en kΩ

Valores Calculados 12 v 4.84 v 2.44 v 5.47 mA 3.66 mA 1.8 mA 1.8 mA -5.47 mA 39.2 mW 17.7 mW 4.33 mW 4.4 mW -6.6

% de Error Relativo 0% 0.21 % 0.41 % 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0.46 % 0.69 % 0%

Tabla 5. Circuito Resistivo en configuración Mixta % de Error Relativo

5.1.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. Se definió según la ecuación de la tabla No 2, los valores de los Resistores R 1 , R 2 y R 3 ,R 4 donde A, B, C y

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magnitud y también tienen polaridades idénticas. B. ¿Establezca una serie de ventajas y desventajas que poseen los circuitos Mixtos sobre el circuito serie y paralelo; desde la pespectiva de voltaje, corriente y potencia?.

Figura 8. Circuito Resistivo en Configuración Mixta - Simulado Crocodile clips v3.5

D corresponden a valor numérico del último digito del código del estudiante. 2. Se demostró que las corrientes conducidas por dos resistores en paralelo son inversamente proporcionales a sus resistencias. Por la trayectoria de menor resistencia circula más corriente.. 3. Se halló en el Circuito Resistivo en configuración mixta Simulado y Teórico, el voltaje en los puntos W, X, Y, Z, Corriente en R 1 , R 2 ,R 3 y R 4 Potencia en R 1 , R 2 ,R 3 y R 4 Resistencia Total y Potencia de la fuente, utilizando los valores en R 1 = 131 kΩ, R 2 = 132.1 kΩ, R 3 = 133.2 kΩ y en R 4 = 135.3 kΩ. 4. Se halló el Porcentaje de Error relativo del circuito resistivo en configuración mixta, utilizando la ecuación 1, sacando el promedio del valor Teorico del Voltaje en los puntos W, X, Y, Z, Corriente en R 1 , R 2 ,R 3 , y R 4 Potencia en R 1 , R 2 ,R 3 y R 4 .

5.2.

CUESTIONARIO

Responda a cada una de las preguntas de manera análitica basado en los resultados del laboratorio y las temáticas vistas en las clases del curso. A. ¿Cómo es el comportamiento de las variables eléctricas analizadas con respecto al circuito del laboratorio 1 Circuito Serie y el laboratorio 2 Circuto Paralelo?. En el circuito serie la corriente que circula por él sólo tienen un camino por recorrer, por tanto la intensidad es la misma en todo el circuito. ... En un circuito serie se cumple que la resistencia total del circuito es igual a la suma de las resistencias que hay en el circuito. Por lo tanto, si dos o más componentes están conectados en paralelo, tienen la misma diferencia de potencial (voltaje) en sus extremos. Las diferencias de potencial entre los componentes son iguales en

Ventajas y Desventajas de un circuito en serie Ventajas Un circuito en serie es un circuito donde solo existe un camino desde la fuente de tensión (corriente)o a través de todos de todos los elementos del circuito o hasta regresar nuevamente a la fuente. Desventajas La principal desventaja de este circuito radica en que si se rompe algún elemento de los que conforman el circuito, o hay algún falso contacto, se interrumpe la circulación de la corriente eléctrica y el circuito se abrirá. Ventajas y Desventajas de un circuito en paralelo Ventajas - Garantiza mayor funcionamiento y seguridad ante fallas de cableado. - Se provee de energía a las cargas con un voltaje estable utilizando una sola fuente. - Se puede controlar el arranque y parada de las cargas utilizando un solo medio de control o elemento de maniobra, en el caso de automatismos reduce costos. - Se puede proteger las cargas utilizando un único relé o dispositivo de protección. Desventajas Cuando se añaden ramas a un circuito en paralelo, la tensión se iguala a través de todo el circuito, es decir, el flujo de corriente debe cambiar para compensar. Ventajas y Desventajas configuración Mixta

de

un

circuito

en

Ventajas - Conexión sencilla. - Menos cables Desventajas - Ofrece mayor resistencia y por lo mismo la intensidad de ella disminuye. C. ¿Cuáles fueron los teoremas necesarios para analizar los circuitos de manera teórica?. Los teoremas de circuitos eléctricos son aquellas técnicas derivadas de las leyes de Kirchoff y la ley de Ohm que permiten resolver de una manera más simple cierto tipo de circuitos. Algunos con aplicaciones más particulares que otros, facilitan el estudio de las redes eléctricas.

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D. ¿Qué tipo de aplicación se le podría dar a esta clase de configuración?. Estos circuitos se pueden reducir resolviendo primero los elementos que se encuentran en serie y luego los que se encuentren en paralelo, para luego calcular y reducir un circuito único y puro, bien sea en serie o en paralelo. E. ¿Qué tipo de riesgo se podría desarrollar al realizar una configuración de esta clase? Un Circuito Mixto es un circuito eléctrico que tiene una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución de estos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y en paralelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo.

6

7.4.

AGRADECIMIENTOS. Los autores, Agradecemos al profesor Armando Losada Medina, por enseñarnos cada dia más, sobre los temas de fundamentos de eléctronica y por guiarnos sobre el manejo aplicativos de LATEX, para los correspondientes laboratorios.

R EFERENCIAS [1]

[2]

6.

CONCLUSIONES

1. Se comprobó que el circuito eléctrico Mixto sirve para aquellos componentes que necesitan suministro independiente de corriente y para los que se alimentan de la corriente en serie. 2. Se identificó que en el circuito eléctrico mixto (combinación de ambos circuitos)las variaciones de tanto su intensidad de corriente como su respectivo voltaje, presentaron las caracteristicas de cada uno de sus componentes ya se en paralelo o en serie. 3. Se analizó que cada resistencia tiene un valor diferente segun el código colores que tiene la resistencia, por lo cual este puede ser variable

7.

GLOSARIO

7.1.

Resistencia

Se denomina resistencia o resistor al componente electónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito.

7.2.

Conductores

Corresponde al medio de transporte de los eléctrones, además permite a interconexión de todos los elementos que forman parte de este circuito.

7.3.

Corriente Ealéctrica

Es el movimiento o flujo organizado de eléctrones que circulan a través de un cuerpo conductor.

Intensidad de corriente Eléctrica

Es la cantidad de electrones que se desplaza por un cuerpo conductor, en el tiempo de un segundo.

[3]

oung,Freedman.Sears,Zemansky. Física Universitaria con Física Moderna, Decimo Segunda Edición.Volumen 2. Pearson Educación, México, 2009. Circuito Eléctrico Mixto. URL:< ht t ps : //w w w.l i f ed er.com/ci r cui t o − el ect r i co − mi xt o/ >, 30 de enero de 2021 08:14 am, colombia,html. Las ventajas y desventajas de las series y circuitos paralelos URL:ci enci ad ehoy.com/l as − vent a j as − y − d esvent a j as − d e − l as − ser i es − y − ci r cui t os − par al el os/ >, 14 de enero de 2021 2:02 pm, colombia,html.