Instituto Tecnológico de Querétaro
Departamento de Ingeniería Eléctrica
y Electrónica
Guía de Prácticas de Laboratorio
Materia: Circuitos Eléctricos I
Laboratorio de Ingeniería Eléctrica
“Adolfo Equihua Tapia”
Santiago de Querétaro, Qro. Junio 2012
Elaboró
Ing. Alberto Pantoja Flores
Editora
Dulce María de Guadalupe Ventura Ovalle
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro,
CP.76000 Tel: 2274400 ext. 4418
CONTENIDO
NORMAS DE SEGURIDAD ELECTRICA BASICAS PARA TRABAJOS DE LABORATORIO ........................... 5
PRESENTACION .................................................................................................................................... 6
PRÁCTICA No. 1. CANTIDADES ELÉCTRICAS BÁSICAS EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS ....................... 7
1. OBJETIVO ................................................................................................................................. 7
2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 7
3. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 7
4. EQUIPO Y MATERIALES ............................................................................................................ 8
5. METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 8
PRÁCTICA No. 2. LEY DE CORRIENTE DE KIRCHHOFF (KCL) EN CIRCUITOS DE C.D. .......................... 10
1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 10
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 10
3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 10
4. EQUIPO Y MATERIALES .......................................................................................................... 10
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 11
PRÁCTICA No. 3. CIRCUITOS DE DC DE UNA SOLA MALLA CON MÚLTIPLES FUENTES DE VOLTAJE Y
MÚLTIPLES RESISTORES .................................................................................................................... 12
1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 12
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 12
3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 12
4. EQUIPO Y MATERIALES .......................................................................................................... 13
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 13
PRÁCTICA No. 4. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS R DE UN SOLO PAR DE NODOS POR DIVISOR DE
CORRIENTE ........................................................................................................................................ 14
1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 14
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 14
3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 14
4. EQUIPO Y MATERIALES .......................................................................................................... 14
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 15
PRÁCTICA No.5. ANÁLISIS NODAL EN LOS CIRCUITOS R EN C. D. ..................................................... 16
1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 16
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 16
3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 16
4. EQUIPO Y MATERIALES .......................................................................................................... 16
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 17
PRÁCTICA No.6. ANÁLISIS DE MALLA EN LOS CIRCUITOS R EN C.D. ................................................. 18
1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 18
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 18
3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 18
4. EQUIPO Y MATERIALES .......................................................................................................... 19
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 19
PRÁCTICA No. 7. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS R EN C. D. USANDO COMBINADAMENTE EL TEOREMA
DE THÉVENIN Y LA TÉCNICA DE SUPERPOSICIÓN ............................................................................. 21
1. OBJETIVO ................................................................................................................................... 21
2. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 21
3. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 21
4. EQUIPO Y MATERIALES .............................................................................................................. 22
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 22
PRÁCTICA No. 8. TRANSFERENCIA DE POTENCIA MÁXIMA PARA RESISTORES DE CARGA EN
CIRCUITOS R EN C.D. ......................................................................................................................... 24
1. OBJETIVO ................................................................................................................................... 24
2. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 24
3. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 24
4. EQUIPO Y MATERIALES .............................................................................................................. 25
5. METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 25
PRÁCTICA No. 9. TEOREMA DE RECIPROCIDAD EN CIRCUITOS R DE C.D. ......................................... 27
1. OBJETIVO ................................................................................................................................... 27
2. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 27
3. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 27
4. EQUIPO Y MATERIALES .............................................................................................................. 27
5. METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 28
PRÁCTICA No. 10. REDES CAPACITIVAS Y REDES INDUCTIVAS .......................................................... 30
1. OBJETIVO ................................................................................................................................... 30
2. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 30
3. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 30
4. EQUIPO Y MATERIALES .............................................................................................................. 31
5. METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 31
ESTRUCTURA TÍPICA PARA REPORTAR PRÁCTICAS DE LABORATORIO DIRIGIDAS............................ 33
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
CLAVE DE LA MATERIA: ELJ-1002
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NORMAS DE SEGURIDAD ELECTRICA BASICAS PARA
TRABAJOS DE LABORATORIO
Cuando se trabaja en el laboratorio eléctrico o cuando se emplea equipo eléctrico, el seguir
las normas de seguridad dadas más abajo, es tan importante como construir los circuitos
eléctricos, efectuar mediciones y analizar su comportamiento.
1. Nunca se debe trabajar solo. Asegúrese que haya otra persona a quien recurrir en
caso de accidente.
2. No usar anillos, pulseras, esclavas y cadenas metálicas cuando se trabaja con
corrientes y voltajes eléctricos.
3. Tener ordenada y limpia el área de trabajo y retirar de la mesa todo objeto extraño y
en particular recipientes con líquido.
4. Usar zapatos con suela de goma o de hule, siempre cocidos o pegados y nunca con
clavos.
5. Trabajar con manos secas.
6. No pararse sobre pisos húmedos cuando se trabaja con circuitos energizados o no.
7. Antes de conectar aparatos de medición y antes de cambiar funciones o escalas en
dichos aparatos, los circuitos en los que se trabaja, no deben estar energizados.
8. Usar cordones de alimentación con clavijas polarizadas de tres terminales.
9. No sustituir fusibles o interruptores por puentes o por fusibles de mayor capacidad.
10. No hacer juegos ni bromas en el laboratorio.
11. Manejar herramientas y equipos con propiedad y cuidado.
12. Conéctese siempre al último el cable o la punta de prueba al punto de potencial más
alto. Esto es, no se conecte primero el conductor al lado “vivo” del circuito porque
se terminará sujetando un conector “vivo” en la mano.
13. Nunca se debe usar ropa suelta cuando se esté cerca de maquinaria giratoria.
14. Nunca se deben dejar desatendidos los cautines calientes.
15. Observar siempre buen juicio y buen comportamiento así como sentido común.
16. Cumplir el reglamento interno de los laboratorios de eléctrica y electrónica.
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CLAVE DE LA MATERIA: ELJ-1002
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PRESENTACION
El manual respeta en esencia los lineamientos del Instructivo para el Desarrollo de
Prácticas de Laboratorio vigente en la carrera de Ingeniería Eléctrica.
En lo que se refiere a la paginación, se optó por una numeración por práctica en vez de una
paginación corrida pues ésta se afectará cada que cambie la cantidad de páginas de una
práctica, cosa que sucederá normalmente y se pretende que el manejo y la actualización del
manual sea lo más simple posible.
El manual y las prácticas que lo integran contemplan el modelo de formación basada en
competencias por lo que la valoración del trabajo de laboratorio se hace considerando en
cada evaluación:
- Ejecución de prácticas dirigidas: 2.5 %.
- Reportes en electrónico de prácticas dirigidas: 2.5%.
- Ejecución de una práctica libre: 5 %.
Se incluye al final de las prácticas, un formato típico para realizar el reporte en electrónico
de cada práctica dirigida.
Como aspecto fundamental en la realización de las prácticas, cada alumno deberá cumplir
las Normas de Seguridad Eléctrica Básicas dadas al inicio del manual así como también
deberá respetar el Reglamento Interno del Laboratorio de Eléctrica.
Cada práctica está sujeta a cambios de un periodo escolar a otro por lo que se apreciará toda
indicación para su corrección o mejora.
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
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PRÁCTICA No. 1.
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PRÁCTICA No. 1. CANTIDADES ELÉCTRICAS BÁSICAS
EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Entender los términos: carga, corriente, voltaje y potencia eléctrica y comprobar sus
relaciones a partir de las ecuaciones:
dt
dqi
(t)
(t)
)()()( ttt ivp
2. INTRODUCCIÓN Esta práctica ayudará al alumno a entender mejor desde el punto de vista físico las
cantidades carga, corriente, voltaje y potencia eléctrica y le permitirá precisar la relación
que guardan entre si estas cantidades.
3. MARCO TEÓRICO Un circuito eléctrico es esencialmente un conducto que facilita la transferencia de carga
eléctrica desde un punto a otro. La razón de cambio de carga con respecto al tiempo
constituye una corriente eléctrica. Matemáticamente, la relación se expresa como:
dt
dqi
(t)
(t)
Donde:
i y q representan corriente y carga, respectivamente (las minúsculas representan la
dependencia del tiempo y las mayúsculas están reservadas para cantidades constantes).
La corriente se da en amperes (A), la carga en coulombs (C) y el tiempo en segundos (s).
1𝐶 = 6.25𝑥1018 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠
Un cuerpo en equilibrio tiene el mismo número de electrones que de protones. El electrón
es la carga eléctrica fundamental negativa y el protón es la carga eléctrica fundamental
positiva. La carga eléctrica se refiere a cuántos electrones o protones están en demasía unos
con respecto a otros.
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PRÁCTICA No. 1.
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Voltaje, Fuerza Electromotriz o Potencial, es la diferencia en el nivel de energía de una
carga eléctrica localizada en un punto con respecto a otro y se da en Volts (V).
Corriente es el flujo de electrones. Hay dos tipos de corriente: corriente alterna (c.a) y
corriente directa (c.d.), la primera cambia de magnitud y de dirección respecto al tiempo y
la segunda permanece constante tanto en magnitud como en dirección.
Respecto a la corriente c.d., hay dos flujos de corriente, el real y el convencional. El real
establece que las cargas que se mueven son las cargas negativas y el convencional establece
que las cargas que se mueven son las positivas. La literatura eléctrica ha adoptado el flujo
convencional.
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 fuente analógica de voltaje de corriente directa, dual de 20 V, 1 A.
1 foco incandescente de 10 W-127 V de corriente alterna, en base.
4 bananas medianas.
1 multímetro digital
1 wáttmetro monofásico digital.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica
5.1.1 Definir la resistencia R del foco. 5.1.2 Calcular la corriente I que circula por el foco.
5.1.3 Determinar la carga Q, tanto en couloms como en electrones que durante 2 s.
transfiere energía eléctrica al foco. 5.1.4 Medir la corriente I que circula por el foco.
5.1.5 Medir la potencia P que absorbe el foco. 5.1.6 Medir indirectamente la resistencia R del foco.
5.1.7 Llenar la tabla comparativa que muestre los valores esperados y medidos según
los incisos 5.1.1 a 5.1.6.
5.1.8 Obtener conclusiones sobre la práctica.
5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 1.1. Circuito para la Práctica 1
R1= foco de 100 W -127 V de resistencia desconocida
1 es un valor inventado
R1= foco de 10W-127V de
resistencia desconocida
+
-
Vs140 V
R11
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PRÁCTICA No. 1.
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5.3 Tablas
Cantidad Valor Esperado Valor Medido
I
P
R
Q C
e
Tabla 1.1. Tabla de resultados
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PRÁCTICA No. 2.
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PRÁCTICA No. 2. LEY DE CORRIENTE DE KIRCHHOFF
(KCL) EN CIRCUITOS DE C.D.
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Comprender y comprobar la ley de corriente de Kirchhoff usando un circuito de sólo dos
nodos.
2. INTRODUCCIÓN Esta práctica permitirá al alumno resolver circuitos constituidos por sólo dos nodos (uno
inferior y otro superior).
3. MARCO TEÓRICO Un circuito de un solo par de nodos es aquel en el que los elementos tienen el mismo
voltaje a través de ellos y por tanto están en paralelo. Para resolver estos circuitos, se utiliza
la ley de corriente de Kirchhoff. Esta ley establece que en un nodo cualquiera de un circuito
eléctrico, la suma algebraica de las corrientes es cero, esto es ∑ I= 0. Se consideran
positivas las corrientes que salen del nodo y se consideran negativas las corrientes que
entran a él.
Un nodo es un punto de conexión entre dos o más elementos. Es frecuente encontrar
circuitos en donde en un primer análisis parece que hay muchos nodos siendo que en
realidad sólo hay dos nodos, uno inferior y otro superior en donde en uno de ellos entra o
sale la corriente de fuente IS y en el otro salen o entran respectivamente las corrientes de
rama I1, I2, . . . , IN y así por ejemplo, si se considera que la corriente de fuente IS entra,
aplicando la ley de corriente de Kirchhoff se tiene: - IS + I1 + I2 + . . . + IN = 0.
Recuérdese que mientras sobre la trayectoria de un conductor ideal no exista un elemento
entre dos puntos de conexión, todo el conductor constituye un solo nodo.
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Fuente dual de voltaje de corriente directa (c.d.) marca propia.
1 Resistor de 470 Ω. ( la potencia de cada resistor, la calcula el alumno y de acuerdo
a ella, solicita los resistores al profesor )
1 Resistor de 1 kΩ.
1 Resistor de 10 kΩ.
1 Protoboard.
4 Puntas mixtas.
1 Multímetro digital.
Alambres telefónicos 24 AWG ( por única vez, los proporciona el profesor )
1 Pinzas de corte
1 Pinzas de punta
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
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PRÁCTICA No. 2.
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5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica A partir de la Fig. 2.1, realizar los siguientes pasos:
5.1.1 Calcular las corrientes 1I , 2I , 3I e SI ; las potencias 1P , 2P , 3P y SP así como las
sumatorias de corrientes y de potencias 0I y 0P .
5.1.2 Adquirir los elemento, materiales y equipo necesarios; construir el circuito; medir
1I , 2I , 3I e SI y hacer la sumatoria de corrientes 0I .
5.1.3 Hacer una tabla comparativa que muestre los valores esperados y los valores
medidos para las corrientes 1I , 2I , 3I e SI (se proporciona tabla sugerida).
5.1.4 Obtener dos conclusiones sobre la práctica.
5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 2.1. Circuito para la Práctica 2
5.3 Tablas
VALOR CORRIENTE POTENCIA
I1 I2 I3 IS I P1 P2 P3 PS P
ESPERADO
MEDIDO
Tabla 2.1
I3I2I1Is
I
Nodo Inferior
Nodo Superior
S
+
-
Vs120 V
R310k
R21k
R1470
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
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PRÁCTICA No. 3
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PRÁCTICA No. 3. CIRCUITOS DE DC DE UNA SOLA
MALLA CON MÚLTIPLES FUENTES DE VOLTAJE Y
MÚLTIPLES RESISTORES
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Aprender a resolver circuitos de c.d. de una sola malla con múltiples fuentes de voltaje y
múltiples resistores.
2. INTRODUCCIÓN En la práctica es frecuente encontrarse con circuitos de c.d. de una sola malla que constan
de varias fuentes de voltaje y de varios resistores pero que con las debidas reducciones se
pueden transformar en circuitos equivalentes en donde exista un solo resistor y una sola
fuente de voltaje formando circuitos de una sola malla. En dichos circuitos se podrá
calcular la corriente total y ya con ella se harán las consideraciones convenientes para
determinar las otras cantidades eléctricas que se requieran.
3. MARCO TEÓRICO Un circuito de una sola malla es el que tiene una sola trayectoria cerrada de elementos. Los
elementos de una sola malla están en serie y éstos conducen la misma corriente. Para
resolver estos circuitos se determina un circuito equivalente con una sola fuente de voltaje y
con un solo resistor, se calcula la corriente total del circuito y ya con este dato se
determinan los voltajes y las potencias de cada resistor.
El voltaje de la fuente equivalente se calcula usando la ley de voltaje de Kirchhoff
siguiendo la dirección de las manecillas del reloj usando el flujo de corriente convencional,
se usa la fórmula:
VVeq (Respetar la polaridad del voltaje equivalente obtenido)
La resistencia equivalente se determina sumando todos los resistores en serie. Se usa la
fórmula:
RReq
La corriente del circuito se calcula usando la ley de Ohm. Se usa la fórmula:
eq
eq
R
VI
El voltaje de cada resistor se calcula con la fórmula:
NN IRVR
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
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PRÁCTICA No. 3
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4. EQUIPO Y MATERIALES
3 Pilas de 12 V-5 Ah
7 Caimanes
2 Puntas mixtas
1 Multímetro digital
3 Resistores fijos de 5.6 Ω - 5 W
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica A partir de la Fig. 3.1, realizar los siguientes pasos: 5.1.1 Calcular la corriente I y los voltajes 1V , 2V y 3V así como las potencias 1SP , 1P , 2SP
, 2P , 3SP , 3P y la sumatoria de potencias 0P .
5.1.2 Construir el circuito, medir I , 1SV , , 2SV , 2V , 3sV y hacer la sumatoria 0V
5.1.3 Hacer una tabla comparativa que muestre los valores esperados y los valores
medidos I , 1SV , 1V , 2SV , 2V , 3sV y 3V .
5.1.4 Obtener dos conclusiones de la práctica.
5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 3.1. Circuito para la Práctica 3
5.3 Tablas
Valor I VS1 VS2 VS3 V1 V2 V3
Esperado
Medido
Tabla 3.1
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CLAVE DE LA MATERIA: ELJ-1002
PRÁCTICA No. 4.
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PRÁCTICA No. 4. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS R DE UN
SOLO PAR DE NODOS POR DIVISOR DE CORRIENTE
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Aprender a resolver circuitos R por reducción a circuitos de un solo par de nodos usando el
Divisor de Corriente.
2. INTRODUCCIÓN Esta práctica permitirá al alumno resolver circuitos constituidos por una fuente de voltaje y
varios resistores conectados de manera aparentemente complicada pues tales circuitos
pueden transformarse en otros circuitos equivalentes con un solo par de nodos.
3. MARCO TEÓRICO Un circuito de un solo par de nodos es aquel en el que los elementos tienen el mismo
voltaje a través de ellos y por tanto están en paralelo. Para resolver estos circuitos, el
circuito original se transforma en un circuito equivalente con un solo par de nodos, se
determina una corriente total y utilizando un Divisor de Corriente se van calculando las
corrientes en cada resistor.
La corriente total se calcula con la fórmula:
T
TT
R
VI
Y la corriente en cada resistor (si se pueden manipular resistores de dos en dos) se calcula
con las fórmulas:
TIRR
RI
21
21
TIRR
RI
21
12
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Fuente dual de voltaje de DC marca propia
2 Resistores de 10 Ω -10 W
2 Resistores de 47 Ω - 10 W
1 Resistor de 100 Ω - 10 W
1 Resistor de 150 Ω - 10 W
7 Caimanes
4 Puntas mixtas
1 Multímetro digital
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
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PRÁCTICA No. 4.
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5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica A partir de la Fig. 4.1, realizar los siguientes pasos:
5.1.1 Reducir el circuito a otro equivalente de un solo par de nodos y calcular IT.
5.1.2 A partir de TI y usando el divisor de corriente para dos ramas, calcular las
corrientes 3RI e 4RI así como el voltaje 4RV y la potencia 3RP .
5.1.3 Construir el circuito.
5.1.4 Medir 3RI y 4RV .
5.1.5 Hacer una tabla comparativa que muestre los valores esperados y medidos para
3RI y 4RV .
5.1.6 Obtener dos conclusiones sobre la práctica.
5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 4.1. Circuito para la Práctica 4
NOTA:
Todos los resistores a 10 W
5.3 Tablas
Valor IR3 VR4
Esperado
Medido
Tabla 4.1
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
CLAVE DE LA MATERIA: ELJ-1002
PRÁCTICA No. 5.
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PRÁCTICA No.5. ANÁLISIS NODAL EN LOS CIRCUITOS R
EN C. D.
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Aprender a resolver circuitos R en c.d. mediante la técnica de Análisis Nodal.
2. INTRODUCCIÓN Durante la carrera y cuando ya se ejerza la profesión se requiere solucionar circuitos que
contienen múltiples resistores y múltiples nodos. Esta práctica aportará al estudiante la
habilidad para resolver circuitos eléctricos R con múltiples resistores y múltiples nodos.
3. MARCO TEÓRICO La técnica de Análisis Nodal es recomendable para resolver circuitos eléctricos que
contengan múltiples nodos. Esta técnica usa la ley de corriente de Kirchhoff (KCL) y elige
como las variables en el circuito los voltajes de los nodos. Los voltajes de los nodos se
definen con respecto a un punto común llamado nodo de referencia. El nodo de referencia
es el nodo al que están conectadas el mayor número de ramas y que tiene menor voltaje
respecto a tierra y lo deseable es que dicho nodo esté conectado a tierra. Con respecto al
nodo de referencia los voltajes de nodo son positivos, si en realidad algún voltaje de nodo
es negativo el análisis lo indicará.
El método general consiste en:
1. Hacer sumatoria de corrientes en cada nodo menos en el de referencia. Si n es el
número de nodos, se requiere (n-1) sumatorias de corrientes.
2. Se escribe una ecuación linealmente independiente de la KCL para cada uno de los
(n-1) nodos con lo que resulta (n-1) ecuaciones simultáneas linealmente
independientes.
3. Cada corriente se expresa en términos de la ley de Ohm. Dividir ( nm VV ) entre el
resistor existente entre los nodos m y n.
4. Se resuelve el sistema de ecuaciones simultáneas linealmente independientes y se
obtienen todos los voltajes de nodo.
Con los voltajes de nodo y usando la Ley de Ohm se calcula cada corriente y alguna otra
cantidad eléctrica requerida.
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Projectboard
3 Resistores de 1 kΩ - 1/2 W
2 Resistores de 470 Ω - 1/2 W
3 Fuentes duales de voltaje variable de c.d. - 1 A
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PRÁCTICA No. 5.
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8 Puntas mixtas
1 Multímetro digital
Alambres telefónicos 24 AWG
1 Pinzas de corte
1 Pinzas de punta
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica. En base a la Fig. 5.1, realizar los siguientes pasos: 5.1.1 Usando la técnica de Análisis Nodal (se sugiere un supernodo que encierre los
nodos 1 y 3 y la fuente 2SV contenida entre estos nodos), calcular los voltajes 1V y 3V ;
las corrientes 1RI , 2RI , 3RI , 4RI e 5RI y las potencias 2RP y 4RP .
5.1.2 Comprobar 0I en el nodo 3.
5.1.3 En protoboard construir el circuito y medir los voltajes 1V y 3V y las corrientes
2RI e 4RI
5.1.4 Hacer una tabla comparativa que muestre los valores esperados y los valores
medidos para 1V , 2V , 2RI e 4RI
5.1.5 Obtener dos conclusiones sobre la práctica.
5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 5.1. Circuito para la Práctica 5
5.3 Tablas
Valor IR2 IR4 V1 V2
Esperado
Medido
Tabla 5.1
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MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I
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PRÁCTICA No. 6
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PRÁCTICA No.6. ANÁLISIS DE MALLA EN LOS
CIRCUITOS R EN C.D.
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Aprender a resolver circuitos R en c.d. mediante la técnica de Análisis de Malla.
2. INTRODUCCIÓN De las diferentes técnicas para resolver circuitos eléctricos, el análisis de malla es la técnica
que más se usa, ello se debe a que varios circuitos están constituidos por dos o más fuentes
de voltaje y por dos o más mallas.
Esta práctica desarrollará en el alumno la habilidad para resolver circuitos eléctricos en
donde aparecen dos o más fuentes de voltaje y dos o más mallas.
3. MARCO TEÓRICO En un circuito eléctrico, una malla es una trayectoria cerrada en la cual ningún nodo se
encuentra más de una vez. Corriente de malla es una corriente arbitraria que se asigna a
cada malla con una dirección en el sentido de las manecillas del reloj. Los elementos del
circuito que comparten dos mallas se llaman elementos internos y los elementos que no
comparten dos mallas se llaman elementos externos.
La corriente eléctrica en un elemento externo es la corriente de la malla a la que pertenece
el elemento. La corriente en un elemento interno es la suma algebraica de las corrientes de
las dos mallas que comparten el elemento. Si el elemento de una malla es un resistor, el
voltaje entre los extremos de dicho resistor se obtiene con la Ley de Ohm: RxIV , en
donde I es la corriente de malla para un elemento externo o I es la suma algebraica de las
corrientes de las dos mallas que comparten un resistor interno analizado.
Un análisis de malla utiliza la ley de voltaje de Kirchhoff (KVL) para determinar las
corrientes en el circuito. Una vez que se conocen las corrientes se usa la Ley de Ohm para
calcular los voltajes y otras cantidades eléctricas requeridas. Si un circuito contiene N
mallas independientes se requieren N ecuaciones simultáneas linealmente independientes
para resolver la red.
El método general consiste en:
1. Determinar el número de mallas y etiquetarlas.
2. Obtener una ecuación para cada malla utilizando 0V .
3. Cada voltaje se expresa en términos de corrientes de malla. Para un resistor externo
mallaRxIV . Para un resistor interno, 21 mallamalla IRxIV .
4. Se resuelve el sistema de ecuaciones simultáneas linealmente independientes y se
obtienen todas las corrientes de malla.
5. Con las corrientes de malla y usando la Ley de Ohm se calculan los voltajes y
alguna otra cantidad eléctrica requerida
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PRÁCTICA No. 6
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NOTAS:
• Considerar que la magnitud de la corriente en un elemento interno ( 21 II ) no
cambiará al estar haciendo el análisis en otra malla. De igual manera, se respetará la
polaridad del voltaje determinado por la corriente de malla prioritaria.
(Ej. 1RV analizado en la malla 1 y 2RV analizado en la malla 2).
);( 21111 IIRVR )( 21112 IIRVR , la malla 1 es la malla prioritaria.
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Projectboard
1 Resistor de 820 Ω
2 Resistores de 150 Ω
1 Resistor de 100 Ω
1 Resistor de 56 Ω, (la potencia de cada resistor, la determina el estudiante y éste
adquiere todos los resistores)
3 Fuentes de voltaje variable duales de corriente directa de 1 A
8 Puntas mixtas
1 Multímetro digital
Alambres telefónicos 24 AWG, (el alumno los adquiere)
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica En base a la Fig. 6.1, realizar los siguientes pasos:
5.1.1 Usando la técnica de Análisis de Malla, calcular las corrientes IR3, IR4, IR5 así
como las potencias 3RP , 4RP , y 5RP .
5.1.2 Seleccionar comercialmente todos los resistores y adquirirlos.
5.1.3 Comprobar 0I en el nodo 3 (teóricamente).
5.1.4 En Projectboard construir el circuito y medir las corrientes IR3, IR4 e IR5.
5.1.5 Con los datos del punto 5.1.4 comprobar físicamente 0I en el nodo 4.
5.1.6 Hacer una tabla comparativa que muestre los valores esperados y los valores
medidos para las corrientes IR3, IR4 e IR5.
5.1.7 Obtener dos conclusiones sobre la práctica.
NOTA
Cuidar la potencia de cada resistor pues si no es la adecuada los resistores pueden
calentarse y llegar a quemarse.
5.2 Diagramas o dibujos
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Fig. 6.1. Circuito para la Práctica 6
5.3 Tablas
Tabla 6.1
Valor IR3 IR4 IR5
Esperado
Medido
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PRÁCTICA No. 7.
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PRÁCTICA No. 7. SOLUCIÓN DE CIRCUITOS R EN C. D.
USANDO COMBINADAMENTE EL TEOREMA DE
THÉVENIN Y LA TÉCNICA DE SUPERPOSICIÓN
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Comprobar que en algunos casos es práctico combinar dos o más métodos de solución de
circuitos eléctricos, como en el caso de circuitos con resistores de carga RL en donde se
requiere ensayar varios valores de resistencia de RL para obtener corrientes o potencias
específicas en dicho resistor.
2. INTRODUCCIÓN En los circuitos eléctricos comunes con frecuencia se requiere conocer el voltaje, la
corriente y/o la potencia en un solo resistor (se le llama resistor de carga) de un circuito, en
este caso, el teorema de Thévenin es útil.
La técnica de Superposición permite calcular la corriente, el voltaje y/o la potencia en un
resistor específico de un circuito eléctrico haciendo la suma algebraica de las corrientes o
de los voltajes que producen cada fuente separadamente.
Las técnicas pues del teorema de Thévenin y del teorema de Superposición permitirán al
alumno analizar lo que ocurre en un resistor específico de un circuito.
3. MARCO TEÓRICO El teorema de Thévenin establece que toda red se puede reemplazar, excluyendo la carga,
por un circuito equivalente que contenga sólo una fuente de voltaje independiente en serie
con una resistencia de tal forma que la relación de corriente-voltaje en la carga se conserve
sin cambio. Dicho circuito es el equivalente de Thévenin. Para analizar lo que sucede en el
resistor de carga debe reinstalarse dicho resistor.
El voltaje de la fuente equivalente se llama voltaje de circuito abierto (VOC) y es el voltaje
entre las terminales de la carga cuando ésta fue retirada. La resistencia equivalente se llama
resistencia Thévenin (RTh) y es la resistencia que aparece entre las terminales de la carga
cuando ésta fue retirada.
El Teorema de Superposición sólo se aplica en circuitos que contienen fuentes
independientes. Este teorema establece que en una red con dos o más fuentes de voltaje y/o
de corriente, la corriente o el voltaje para cualquier componente es la suma algebraica de
los efectos producidos por cada fuente actuando por separado. Para determinar las
contribuciones de cada fuente, las demás fuentes se eliminan del circuito.
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Una fuente de voltaje se elimina poniéndola en cortocircuito. Una fuente de corriente se
elimina sustituyéndola por un circuito abierto.
Hablando sólo de voltajes, una vez encontradas las aportaciones de voltaje de cada fuente
se hace la suma algebraica (se superponen los voltajes).
De requerirse las corrientes, éstas se calculan para diferentes voltajes y pueden también
superponerse (se suman algebraicamente).
Ejemplo:
Para dos fuentes de voltaje AV y BV : abBabAab VVV (suma algebraica).
Para dos fuentes de corriente AI e BI : RBRAR III (suma algebraica).
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Projectboard
1 Resistor de 330 Ω
2 Resistores de 150 Ω
1 Resistor de100 Ω
1 Resistor de 390 Ω
1 Resistor de 470 Ω
1 Resistor de 560 Ω (la potencia de cada resistor la determina el alumno y todos los
resistores son adquiridos por éste)
2 Fuentes de voltaje variable de c.d. de 24 V – 1 A
6 Puntas mixtas
1 Multímetro digital
Alambres telefónicos 24 AWG
Pinzas de punta
Pinzas de corte
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica En base a la Fig. 7.1, realizar los siguientes pasos:
5.1.1 Por el método del teorema de Thévenin y en donde para encontrar el voltaje de
circuito abierto (voltaje de Thévenin) entre las terminales a y b del resistor de carga RL
se use el método de Superposición, calcular la corriente IL que circulará por dicho
resistor para cuando RL tome los valores de 390 Ω, 470 Ω y 560 Ω. El circuito
equivalente al original tendrá la forma mostrada arriba a un lado de dicho circuito. 5.1.2 Determinar las potencias de todos los resistores del circuito original y adquirirlos.
5.1.3 Construir el circuito original y usando resistores RL de 390 Ω, 470 Ω y 560 Ω
medir IL para cada caso. 5.1.4 Hacer una tabla comparativa que muestre los valores calculados según el punto
5.1.1 y los valores medidos según el punto 5.1.3.
5.1.5 Obtener dos conclusiones sobre la práctica.
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PRÁCTICA No. 7.
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5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 7.1. Circuito para la Práctica 7
Recordar que la corriente IL de la Fig. 7.1 se calcula de la siguiente manera al obtener el
Equivalente de Thévenin (Fig. 2)
𝐼𝐿 =𝑉𝑇𝐻
𝑅𝑇𝐻+ 𝑅𝐿
Fig. 7.2. Equivalente de Thévenin
5.3 Tablas
Tabla 7.1
Valor IL VL PL
ESPERADO MEDIDO ESPERADO MEDIDO ESPERADO MEDIDO
390 Ω
470 Ω
560 Ω
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PRÁCTICA No. 8.
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PRÁCTICA No. 8. TRANSFERENCIA DE POTENCIA
MÁXIMA PARA RESISTORES DE CARGA EN CIRCUITOS
R EN C.D.
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Aprender a determinar las características del resistor de carga LR en circuitos R en c.d.
2. INTRODUCCIÓN En algunos circuitos eléctricos con varias fuentes de voltaje y con varios resistores llega a
requerirse que algún resistor específico (resistor de carga), disipe una cierta cantidad de
energía pero en tales circuitos la energía absorbida por la carga tiene un límite máximo a
partir del cual mientras más se aumente el valor de la resistencia del resistor de carga la
potencia disipada por él disminuye. Esta práctica desarrollará en el alumno la habilidad
para determinar el valor de la resistencia de un resistor de carga para conseguir que a dicho
resistor le sea transferida la potencia máxima.
3. MARCO TEÓRICO En un circuito eléctrico el resistor de carga es un resistor específico que se desea estudiar
por separado del resto de resistores que permanecen fijos.
Con respecto al resistor de carga y sin modificar las fuentes de voltaje y el resto de
resistores, hay un valor de la resistencia del resistor de carga en donde la transferencia de
potencia hacia dicho resistor es máxima ya que por debajo de ese valor la potencia
suministrada al resistor se incrementa pero por encima de ese valor la potencia ya no
aumenta sino que decrece. La máxima transferencia de potencia se logra cuando el valor de
la resistencia del resistor de carga es igual al valor de la resistencia del equivalente de
Thévenin entre las terminales del resistor de carga, es decir cuando 𝑅𝐿 = 𝑅𝑇𝐻.
Entonces para calcular la transferencia potencia máxima hacia el resistor de carga hay que
encontrar primero el equivalente de Thévenin entre las terminales de dicho resistor y
después hay que aplicar la fórmula:
L
LTH
ocI xR
RR
VP
mas
2
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PRÁCTICA No. 8.
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4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Projectboard
1 Resistor de 100 Ω
1 Resistor de 150 Ω
1 Resistor de 390 Ω
1 Resistor de 560 Ω
1 Potenciómetro (la potencia de cada resistor así como las características del
potenciómetro, las determina el alumno)
3 Fuentes de voltaje variable de c.d de 24 V – 1 A
8 Puntas mixtas
1 Multímetro digital
Alambres telefónicos 24 AWG que el alumno adquiere
1Pinzas de corte
1 Pinzas de punta
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica En base a la Fig. 8.1, realizar los siguientes pasos: 5.1.1 Usando el teorema de Máxima Transferencia de Potencia, calcular la potencia
transferida al resistor de carga RL en los casos especificados en la tabla y determinar en
qué caso se logra la máxima transferencia de potencia.
5.1.2 Calcular las potencias de todos los resistores del circuito original y adquirirlos. 5.1.3 Construir el circuito original y ajustar el potenciómetro RL para los casos 1, 3 y 5
(ver Tabla). Energizar el circuito y medir la corriente IL en cada caso y registrar los
valores en la tabla de arriba.
5.1.4 Obtener dos conclusiones sobre la práctica. NOTAS:
• El resistor de carga RL deberá ser un potenciómetro al que hay que determinarle sus
características eléctricas (puede haber existencia en el laboratorio).
• Se sugiere utilizar la tabla para registrar las potencias calculadas y medidas.
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PRÁCTICA No. 8.
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5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 8.1. Circuito para la Práctica 8
5.3 Tablas
Caso Valor Calculado Valor Medido
No. RL RL IL PL en µW IL
1 RTh – 100 Ω
2 RTh – 1 Ω
3 RTh
4 RTh + 1 Ω
5 RTh + 100 Ω
Tabla 8.1
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PRÁCTICA No. 9.
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PRÁCTICA No. 9. TEOREMA DE RECIPROCIDAD EN
CIRCUITOS R DE C.D.
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Comprender y comprobar el teorema de Reciprocidad en circuitos R de C. D. con una sola
fuente de voltaje.
2. INTRODUCCIÓN En ocasiones se presentan circuitos eléctricos con una sola fuente de voltaje y con varios
resistores en donde se requiere que por un resistor conectado en la rama de la fuente (por
ejemplo R1 en el caso de esta práctica), circule una corriente menor a la corriente total que
suministra la fuente de voltaje, esto se logra cambiando la fuente a otra rama del circuito.
Esta práctica capacitará al alumno para determinar el valor de dicha corriente.
3. MARCO TEÓRICO El teorema de Reciprocidad establece que en circuitos eléctricos con una sola fuente de
voltaje y con varios resistores, si la fuente de voltaje se desconecta y se cambia a la rama de
un resistor cualquiera, la corriente que circula en la rama abandonada por la fuente es la
misma corriente que circulaba por el resistor en cuestión antes de cambiar la fuente.
En otras palabras, la ubicación de la fuente de voltaje y la corriente resultante pueden
intercambiarse sin un cambio en la corriente.
Al hacer el cambio de la fuente, es necesario que la polaridad de dicha fuente produzca una
corriente con la misma dirección que se tenía en la rama del resistor en cuestión antes del
cambio de la fuente.
Una aplicación de este teorema es en redes complejas con fuente única en donde se requiere
que por un resistor conectado en la rama de la fuente en posición original circule una
corriente menor a la corriente total que suministraba la fuente de voltaje.
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Projectboard
1 Resistor de 100 Ω
1 Resistor de 180 Ω
1 Resistor de 390 Ω
3 Resistores de 560 Ω (la potencia de cada resistor la determina el alumno y él los
adquiere)
1 Fuente de voltaje variable de c.d de 24 V – 1 A
4 Puntas mixtas
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PRÁCTICA No. 9.
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1 Multímetro digital
1 Pinzas de punta
1 Pinzas de corte
Alambres telefónicos 24 AWG
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica En base a la Fig. 9.1, realizar los siguientes pasos:
5.1.1 Para el circuito A y para el circuito B calcular la corriente 0I .
5.1.2 Para el circuito A y para el circuito B determinar la potencia de cada resistor.
5.1.3 Construir primero el circuito A y medir 0I .
5.1.4 Enseguida construir el circuito B y medir 0I .
5.1.5 Hacer una tabla que muestre los valores calculados del punto 1 así como los
valores medidos del punto 5.1.3. Tomar la tabla descrita a continuación como referencia. 5.1.6 Determinar si para ambos circuitos A y B se satisface el Teorema de Reciprocidad
tanto teórica como realmente.
5.1.7 Obtener dos conclusiones sobre la práctica.
5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 9.1. Circuito A
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Fig. 9.2. Circuito B
Nota
1SV y 2SV es la misma fuente
5.3 Tablas
Tabla 9.1
Circuito Corriente 0I
Calculada Medida
Circuito A
Circuito B
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PRÁCTICA No. 10
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PRÁCTICA No. 10. REDES CAPACITIVAS Y REDES
INDUCTIVAS
No. DE ALUMNOS: 2 DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 1 hora
1. OBJETIVO Adquirir habilidad para reducir redes capacitivas y redes inductivas a redes equivalentes
más simples y comprobar por medición la equivalencia entre éstas y aquellas.
2. INTRODUCCIÓN El capacitor y el inductor son elementos pasivos capaces de almacenar y suministrar
cantidades finitas de energía eléctrica. En ocasiones no se dispone de capacitores e
inductores de valores requeridos y se necesita hacer combinaciones para obtener
capacitancias o inductancias específicas.
Esta práctica desarrollará en el alumno las habilidades para determinar capacitancias o
inductancias equivalentes de redes capacitivas o inductivas cuyos elementos estén
conectados en serie, en paralelo o en serie-paralelo.
3. MARCO TEÓRICO Red capacitiva es la que contiene sólo capacitores y red inductiva es la que está formada
sólo con inductores. Los elementos en cada red pueden estar conectados en serie, en
paralelo o en serie-paralelo. La red está en serie si la corriente que circula en cada elemento
es la misma, la red está en paralelo si el voltaje al que están conectados los elementos es el
mismo y la red está en serie-paralelo si ella contiene elementos en serie y elementos en
paralelo.
Para calcular la capacitancia o inductancia equivalentes hay que usar las siguientes
fórmulas:
a) PARA REDES CAPACITIVAS
EN SERIE EN PARALELO
neq CCCC
1...
111
21
neq CCCC ...21
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b) PARA REDES INDUCTIVAS
EN SERIE EN PARALELO
neq LLLL ...21
nLLLLeq
1...
111
21
c) PARA REDES SERIE- PARALELO
Usar las fórmulas para redes en serie y las fórmulas para redes en paralelo según se
requieran.
NOTAS:
• En una red capacitiva en serie se logra aumentar el voltaje capacitivo de la red pero
no así la capacitancia.
• Al conectar inductores, debe considerarse la capacidad de corriente de cada
inductor. Nunca debe rebasarse la capacidad de conducción de corriente pues el
inductor se calentará y llegará a quemarse.
4. EQUIPO Y MATERIALES
1 Medidor RCL Programable Digital FLUKE modelo PM 6304
2 Capacitores de c.d. no polarizados de 470 nF – 250 V
2 Capacitores de c.d. no polarizados de 100 nF – 250 V
1 Capacitor de c.d. no polarizado de 68 nF-250 V
1 Projectboard
2 Punta mixtas
1 Bobina de 1 H
1 Bobina de 0.1 H
1 Bobina de 0.01 H
1 Bobina de 0.05 H
4 Bananas cortas
2 Caimanes
Alambres telefónicos 24 AWG
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica
5.1.1 Para la red Capacitiva (Fig. 10.1)
5.1.1.1 Calcular la capacitancia equivalente eqC .
5.1.1.2 En protoboard construir la red.
5.1.1.3 Con el Medidor Programable Digital RLC, a una frecuencia de prueba de 60
Hz, medir la capacitancia entre las terminales de la red.
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5.1.1.4 Medir también el parámetro secundario de la red.
5.1.2 Para la red Inductiva (Fig. 10.2)
5.1.2.1 Calcular la capacitancia equivalente eqL .
5.1.2.2 Con bananas construir la red.
5.1.2.3 Con el Medidor Programable Digital RLC, a una frecuencia de prueba de
60 Hz medir la inductancia.
5.1.2.4 Medir también el parámetro secundario de la red.
5.1.2.5 Hacer una tabla comparativa que muestre los resultados calculados en la red
capacitiva (punto 5.1.1.1) y en la red inductiva (punto 5.1.2.1) y los valores medidos en
la red capacitiva (puntos 5.1.1.3 y 5.1.1.4) y en la red inductiva (puntos 5.1.2.3 y
5.1.2.4). Se sugiere tomar como referencia la tabla descrita a continuación.
5.1.2.6 Obtener dos conclusiones sobre la práctica.
5.2 Diagramas o dibujos
Fig. 10.1 Red Capacitiva
Fig. 10.2. Red Inductiva
5.3 Tablas
5.1 Tabla 10.1 .Valores Calculados ¥ Valores Medidos
Ceq = Cab
b
a
C5100 nF
C4470 nF
C3100 nF
C268 nF
C1470 nF
Leq = Lab
a
b
L40.05 H
L31 H
L20.01 H
L10.1 H
Cantidad Valor
Calculado Medido
Ceq
Leq
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ESTRUCTURA TÍPICA PARA REPORTAR PRÁCTICAS DE
LABORATORIO DIRIGIDAS
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CIRCUITOS ELECTRICOS I, Clave ELJ-1002 REPORTE TECNICO
Práctica No ___ Nombre de la práctica ____________________________
EQUIPO NO. ___ DURACION: ___________ INTEGRANTES: CALIFICACION: _________ ________________________ DOCENTE: ______________
INTRODUCCION ___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ MARCO TEORICO __________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ DESARROLLO DE LA PRÁCTICA ______________________________________________________ ________________________________________________________________________________ RESULTADOS _____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ________________________________________________ ________________________________________________________________________________
ELABORO:
_____________________________ Nombre y Apellidos
Santiago de Querétaro, Qro. a ___ de _______________ de 20___
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