Universidad Técnica Nacional
Sede Central
Ingeniería Electromecánica
IEM-723 Laboratorio de Máquinas Eléctricas
Informe #1
“Maquinas Eléctricas Generalidades y Aplicaciones Parte 1”
Integrantes:
Kendal Paniagua Jiménez 207760252
Profesor:
Ronald Porras Alvarado
I Cuatrimestre, 2023
Alajuela, Costa Rica
Laboratorio #1 Kendal Paniagua Jiménez
Universidad Técnica Nacional
Procedimiento del experimento o laboratorio
I Parte. Mediciones, unidades, tolerancia, incertidumbre de instrumentos de
medición eléctrica.
1. ¿Qué es un instrumento de medición análogo?
2. ¿Qué es un instrumento de medición digital?
3. ¿Qué es la incertidumbre de un instrumento de medición?
4. ¿Qué es la precisión de un instrumento de medición?
5. ¿Cuál de los instrumentos de medición (Análogo o Digital)
tiene mayor precisión o exactitud?
6. ¿Cuál de los instrumentos de medición antes mencionados
es más confiable?
7. Ensamble el siguiente circuito eléctrico con el equipo del laboratorio:
8. Analice el comportamiento del circuito y anote sus conclusiones:
II Parte. Magnetismo natural y sus características.
1. Con los imanes naturales determinar la forma de la onda
del campo magnético generado por un imán natural.
2. Dibuje y analice el porqué de esta forma de onda, para cada tipo
de imán utilizado.
EQUIPO Y COMPONENTES PARA UTILIZAR
Equipo
Power Supply
ElecttronicaVENETA
Mod:AV-B/EV
Foto
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Equipo
Voltímetro analógico
ElecttronicaVENETA
Lav2-N:273256
60 a 600V
40 a 100Hz
Foto
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Multímetro Digital
Sperry
DM-6450
Virutas de metal
Brújula
Diferentes tipos de
imán
Resistencias y cables
Amperímetro digital
de gancho.
Fluke-374fc
600A AC/DC
MARCO TEORICO
Multímetro general: Un multímetro, también denominado polímetro o tester, es un
instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como
corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras.
Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y varios márgenes de medida
cada una.
Instrumento de medición analógico: Instrumento que nos indica el calor de la variable a
medir de forma continua con ayuda de una aguja y se trasfiere directamente a una escala
haciendo uso de las propiedades físicas.
Incertidumbre: Parámetro que caracteriza la dispersión de los calores atribuidos a una
medida, siempre existirá una incertidumbre, “el tamaño de la duda”.
Precisión de un instrumento de medición: El valor más pequeño que se puede medir con
exactitud por medio del instrumento.
Instrumento de medición digital: Instrumento en el cual la medida aparece representada en
cifras visibles directamente en una pantalla, el calculo del valor se realiza por un
procedimiento electrónico y se muestra en la pantalla.
Corriente continua: Es el resultado del flujo de electrones (carga negativa) por un conductor
(alambre de cobre casi siempre).
La corriente eléctrica continua se mide en A (amperios) y para circuitos electrónicos se mide
en mA (miliamperios) o uA (microamperios).
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Fuente de tensión: la fuente de tensión o alimentación es la que aporta la diferencia de
potencial necesaria para que circule una corriente eléctrica en un circuito. Esta fuente puede
ser un generador de AC, una pila, una batería, etc.
Conductores: Los conductores son el camino por el cual circula la corriente. Pueden ser
cables eléctricos, pistas de cobre en una tarjeta de circuito impreso.
Carga: Es el elemento que consume la corriente, disipa la potencia suministrada por la fuente
de tal forma que produzca algún trabajo: movimiento, luz, calor, etc.
Circuitos eléctricos o electrónicos: Se presentan mediante un diagrama, en el cual se
representan los diferentes elementos y componentes por medio de símbolos ya
estandarizados.
Resistencia eléctrica: Es la medida de la oposición que presenta al movimiento de los
electrones en su seno, es decir la oposición que presenta al paso de la corriente eléctrica.
Ley de Ohm: La intensidad de corriente que atraviesa un circuito es proporcional al voltaje
o tensión de este e inversamente proporcional a la resistencia que presenta. I=V/R
Circuito en paralelo: Dos elementos, ramas, o redes están en paralelo si tienen dos puntos
en común. Por ejemplo, en la figura 6.1, los elementos 1 y 2 tienen las terminales a y b en
común; por tanto, están en paralelo.
(Boylestad,2004)
Campo magnético: Describimos matemáticamente el campo magnético como un campo
vectorial. Podemos representar directamente este campo como un conjunto de vectores
dibujados en una cuadrícula. Cada vector apunta en la dirección en la que lo haría una
brújula y su magnitud depende de la fuerza magnética. Una forma alternativa para
representar la información contenida en un campo vectorial es por medio de las líneas de
campo. En esta representación, omitimos la cuadrícula y conectamos los vectores con líneas
suaves.
Las líneas de campo magnético nunca se cruzan.
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Las líneas de campo magnético se amontonan de forma natural en las regiones
donde el campo es más intenso. Esto significa que la densidad de líneas de campo
indica la intensidad de este.
Las líneas de campo magnético no comienzan ni terminan en algún lugar, siempre
forman curvas cerradas y continúan dentro de un material magnético (aunque no
siempre las dibujamos de esta forma).
En el sistema SI, la unidad del campo magnético es el tesla (cuyo símbolo es TTT,
nombrado en honor a Nikola Tesla). Definimos el tesla en términos de cuánta fuerza ejerce
un campo magnético sobre una carga. El campo magnético ocurre siempre que
una carga está en movimiento. Conforme se pone más carga en más movimiento, la
magnitud del campo magnético crece.
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RESULTADOS EXPERIMENTALES
Parte 1.
Fue necesario modificar el circuito inicial optando por una resistencia de 30 ohm ya que en
laboratorio se contaba con un conjunto de resistencias de 10 ohm cada una, con los 3
resistores en serie logramos un máximo de 31.8 ohm experimentales.
Ilustración 1.Circuito de analisis Parte I
Estos no llevo a recalcular nuestro valor de referencia de la corriente en el circuito, mediante
la ley de ohm obtenemos:
𝐼=
=
Ω
= 1.4 𝐴
Mientras el valor experimental medido con un multímetro nos permite realizar un nuevo
cálculo a partir de 31.8 Ohm.
𝐼=
=
. Ω
= 1.32 𝐴
Las mediciones con los voltímetros tanto el digital como el analógico nos arrojaron resultados
muy cercanos al valor teórico de 42V de la fuente de poder, confirmado con un amperímetro
de gancho el valor de la corriente entre la relación de resistencia y voltaje.
Datos tabulados en la siguiente tabla:
Tabla 1. Datos Teóricos vs Experimentales
Dato
Voltaje
de
fuente paralelo
con resistencia
Teórico
42 V
Exp- Analógico 42 +/-0.5 V
Exp- Digital
42.2 V
% de error
0.48%//1.19%
Corriente
circuito
1.40 A
N/A
1.55 A
3.125%
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del Resistencia
total
30 ohms
N/A
31.8 ohms
6%
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Parte 2.
En la siguiente tabla se resume los espectros visuales del campo magnético con los diferentes
tipos de imán utilizado y la dirección del campo magnético según los datos experimentales
observados, incluyendo la interacción de una brújula con un campo magnético.
Tabla 2. Tabla resumen experimento parte II
Imán utilizado
Interacción del campo con
viruta metálica
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Imán utilizado
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Discusión de resultados.
En la primera parte del experimento retamos el aprendizaje del uso correcto, en este
caso, de dos voltímetros tanto analógico como digital, para el caso del digital se utiliza un
multímetro seteado para medir volts en rango conveniente para medir los 42V teóricos
esperados.
Para la confirmación de correcto funcionamiento del circuito se verifica la corriente incitada
por la fuente en una resistencia de 30 ohms, sin embargo en la medición experimental de
verificación de resistencia tenemos un valor de 31.8 ohms, lo que nos da un 6% de error para
la resistencia, afectando el voltaje de error de la corriente esperada, ya que la ley de ohm con
los datos teóricos la corriente debe ser 1.4 A sin embargo tenemos un valor de 1.55 A medido
mediante un amperímetro de gancho digital marca Fluke, con la cual podemos calcular un %
error de 3.125%, estos valores aun nos mantiene un punto de confiabilidad de los datos
bastante buenos, por lo que se prosigue con el experimento utilizando los voltímetros. El
circuito establecido muestra una conexión en paralelo de los voltímetros entre la fuente y el
resistor.
Ambos teóricamente deben medir 42V a lo que se setea la fuente de alimentación de corriente
directa. Con respecto a los voltímetros tenemos inicialmente el analógico, el cual tiene una
incertidumbre de +/- 0.5V, la medición nos da un valor de 42V sin embargo al no estar
totalmente seguros de que la línea coincida totalmente con la línea de la escala de 42V se
decide utilizar en el cálculo de % de error el valor de la incertidumbre, por lo que tenemos
un 1.19% de error. Un valor muy optimista lo que nos da un resultado de confianza al utilizar
un amperímetro analógico.
Por otra parte el voltímetro digital tiene una incertidumbre de 0.05 por lo que el valor medido
de 42.2 V nos da un resultado en el porcentaje de error de solo un 0.48%, un valor más exacto.
Sin embargo ambos instrumentos demuestran un valor muy cercano al teórico por lo que
ambos son muy confiables para el uso de medición de voltaje.
Para la segunda parte del experimento se trabaja con imanes de diferentes formas para lograr
ver el efecto del campo magnético sobre virutas metálicas, lo que nos da un efecto visual de
la forma del campo. Como lo estudiamos teóricamente se sabe que las líneas de campo van
en dirección de Norte a Sur, o en este caso en la dirección positiva a negativa del imán.
En los experimentos en clase se utilizaron 3 diferentes formas de imán y para confirmar el
efecto se utiliza una brújula.
Para el primer caso utilizamos un imán redondo con un agujero en el centro, se logró observar
que sus polos estaban en las caras planas del del cilindro, lo que el campo viajaría de una
cara a la otra, imaginándonos una forma tridimensional del campo podemos imaginar una
gran dona de campo eléctrico, y lo podemos ver en una figura plana en el papel como se
muestra en la tabla de la sección de datos experimentales.
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Para el segundo ejemplo utilizamos un imán más pequeño de forma de cilindro, donde
notablemente tiene sus polos en las bases, verificando que alrededor del cilindro se forman
línea hacia afuera si lo vemos de un solo plano utilizando la hoja de papel y la viruta metálica.
Para el tercer caso fue particular ya que utilizamos un imán de forma esférica, donde
descubrimos que a pesar de su firma esférica asimismo cuenta sus polos claramente
definidos, su forma esférica incluso produce un efecto 3D en las virutas haciendo que se
levanten un Angulo con respecto a la hoja de papel, dejando mas claro que el campo
magnético tiene trazabilidad en 3 dimensiones dependiendo de la forma del imán.
Por último, se verifico el efecto sobre una brújula, sabiendo que la punta de la brújula tiene
una parte negativa de un polo, para logar marcar el Norte (Positivo) al ser atraído por las
cargas opuestas, deberíamos tener un efecto similar al acercar un imán con su polo positivo
cercana a la aguja, lo que logramos observar de manera que cuando acercamos el imán con
su polo positivo al aguja, esta se movía a razón de que se movía el imán, ejemplificando
también que el campo es mas intenso con medida que se acerca si centro o origen, de igual
forma la parte negativa del imán al tener cargas iguales estas se repelen dejando la aguja
totalmente hacia el otro extremo.
Tanto en el cuatro resumen de datos experimentales como la sección de índice se pueden
observar nuestras suposiciones de forma de campo con respecto al imán.
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Conclusiones
Los instrumentos de medición tanto digitales como analógicos son confiables para
la medición de acuerdo con la magnitud correspondiente que se quiera analizar,
donde podemos encontrar instrumentos que estén diseñados para una sola magnitud
o para varias como el caso del multímetro.
La precisión del instrumento está directamente ligada a la medición mínima que
pueda medir este, es decir la incertidumbre también determina que tan preciso es un
instrumento.
El valor de medición de un instrumento analógico se da por medio de las leyes
físicas y la integración que tenga los materiales con lo que se manufactura con las la
magnitud de la variable a medir un valor en tiempo real, mientras que los digitales
muestras valores discretos actualizado de una forma muy rápida pero pasando por
un procedimiento electrónico para digitalizarlo en la pantalla.
Para nuestro experimento resulto ser más exacto el voltímetro digital por su
incertidumbre, pero esto no limita que los dos son confiables, por lo que el uso entre
un instrumento digital y uno analógico lo determina la necesitar del momento de la
medición.
El campo magnético de un imán natural es creado por la alineación de los electrones
en una sola dirección, esto hace que el campo magnético formado tendrá una
dirección del Norte a Sur con respecto a la referencia del polo magnético, pero
realmente es la condición de la dirección de las cargas del material.
Se verifica que la Ley de Coulomb es cierta, donde las cargas iguales se repelen
mientras las cargas de carga opuesta se atraen.
El campo magnético aumenta su fuerza ejercida sobre otra partícula de acuerdo con
la distancia entre el origen del campo magnético, como también la suma de campos
se da cuando se unen dos imanes naturales.
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Bibliografía
➔ BOYLESTAD, ROBERT L. (2004). Cortocircuitos. En Introducción al análisis de
circuitos(pág.189). México: PEARSON EDUCACIÓN.
➔ BOYLESTAD, ROBERT L. (2004). Elementos en paralelo. En Introducción al
análisis de circuitos(pág.169). México: PEARSON EDUCACIÓN.
➔ BOYLESTAD, ROBERT L. (2004). Capítulo 4. En Introducción al análisis de
circuitos(pp.97-108). México: PEARSON EDUCACIÓN.
➔ ¿Qué son los campos magnéticos? (artículo). (s/f). Khan Academy. Recuperado el 27
de enero de 2023, de https://es.khanacademy.org/science/physics/magnetic-forcesand-magnetic-fields/magnetic-field-current-carrying-wire/a/what-are-magnetic-fields
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Apéndice
Ilustración 2.ecuación para el caculo de porcentaje de error
Ilustración 3. medición voltímetro analógico.
Ilustración 4. Montaje de laboratorio
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Ilustración 5.Resistores en serie y multimetro
Ilustración 6. líneas de campo de imán
Ilustración 7. líneas de campo de imanes
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