Universidad Técnica Nacional Sede Central Ingeniería Electromecánica IEM-723 Laboratorio de Máquinas Eléctricas Informe #1 “Maquinas Eléctricas Generalidades y Aplicaciones Parte 1” I Cuatrimestre, 2023 Alajuela, Costa Rica 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 Equipo Voltímetro analógico ElecttronicaVENETA Lav2-N:273256 60 a 600V 40 a 100Hz Foto Universidad Técnica Nacional 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). Universidad Técnica Nacional 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. Universidad Técnica Nacional • 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. Universidad Técnica Nacional 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= 𝑉 𝑅 = 42𝑉𝐷𝐶 30 Ω = 1.4 𝐴 Mientras el valor experimental medido con un multímetro nos permite realizar un nuevo cálculo a partir de 31.8 Ohm. 𝑉 𝐼=𝑅= 42𝑉𝐷𝐶 31.8 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 Teórico Exp- Analógico Exp- Digital % de error Voltaje de fuente paralelo con resistencia 42 V 42 +/-0.5 V 42.2 V 0.48%//1.19% Corriente circuito 1.40 A N/A 1.55 A 3.125% del Resistencia total 30 ohms N/A 31.8 ohms 6% Universidad Técnica Nacional 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 Imán utilizado Universidad Técnica Nacional 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. Universidad Técnica Nacional 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. Universidad Técnica Nacional 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. Universidad Técnica Nacional 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 Universidad Técnica Nacional Apéndice Ilustración 2.ecuación para el caculo de porcentaje de error Ilustración 3. medición voltímetro analógico. Ilustración 4. Montaje de laboratorio Universidad Técnica Nacional Ilustración 5.Resistores en serie y multimetro Ilustración 6. líneas de campo de imán Ilustración 7. líneas de campo de imanes Universidad Técnica Nacional
