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Práctica N°2: Instrumentos de Laboratorio y Elementos Resistivos Fabiana Alejandra Recalde Mendoza, Edwin Alexander Ron Loaiza, Génesis Ivonne Díaz Cuenca, GR3S3, fabiana.recalde@epn.edu.ec, edwin.ronloaiza@epn.edu.ec, genesis.diaz@epn.edu.ec Laboratorio de Electrónica Industrial, Facultad de Ingeniería Mecánica, Escuela Politécnica Nacional Ing. Christian Tapia, lunes 6 de junio de 2022, 9:00 – 10:00. Resumen—Para este informe, se inició con la revisión de algunos instrumentos que se ocuparán para el desarrollo de la práctica, como el funcionamiento del protoboard, el uso del multímetro y la ubicación de los elementos. Luego, se realiza la Simulación en la aplicación de Tinkercad para el cálculo de la resistencia equivalente del circuito con el multímetro, así mismo se hizo el uso del Proteous. Posterior a esto se hallaron los valores de las corrientes y voltajes, calculando también su error porcentual. Finalmente, se presenta la diferencia que existe al medir VDC y VAC, así mismo se definió el valor eficaz. Palabras claves—resistencia, circuito, multímetro, voltaje. Abstract— For this report, we started with the review of some instruments that will be used for the development of the practice, such as the operation of the breadboard, the use of the multimeter and the location of the elements. Then, the simulation was performed in the Tinkercad application for the calculation of the equivalent resistance of the circuit with the multimeter, as well as the use of the Proteous. After this, the values of currents and voltages were found, calculating also their percentage error. Finally, the difference that exists when measuring VDC and VAC is presented, and the effective value was also defined. Keywords— resistance, circuit, multimeter, voltage. I. CUESTIONARIO 1.1. Hallar las resistencias equivalentes teóricas de todos los circuitos probados en el laboratorio (literales 6.1-6.4 procedimiento) 6.1. S1 y S2 cerrados (ON), S3 abierto (OFF) 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 𝑅𝑒𝑞 = 5.6 + 10 𝑅𝑒𝑞 = 15.6 𝑘Ω Figura 1: Circuitos con S1, S2 ON y S3 OFF 6.2. S1 y S3 cerrados (ON), S2 abierto (OFF) 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅3 𝑅𝑒𝑞 = 5.6 + 3.3 𝑅𝑒𝑞 = 8.9 𝑘Ω Figura 2: Circuitos con S1, S3 ON y S2 OFF 6.3. S2 y S3 cerrados (ON), S1 abierto (OFF) 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅2 + 1 𝑅3 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 10 + 1 3.3 𝑅𝑒𝑞 = 2.48 𝑘Ω Figura 3: Circuitos con S2, S3 ON y S1 OFF 6.4. S1, S2 Y S3 cerrados (ON) 1 𝑅𝑒𝑞1 = 1 𝑅2 + 1 𝑅3 = 1 10 + 1 3.3 = 2.48 𝑘Ω 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅𝑒𝑞1 𝑅𝑒𝑞 = 5.6 + 2.48 𝑅𝑒𝑞 = 8.08 𝑘Ω Figura 4: Circuitos con S1, S2 y S3 ON 1.2. Presentar la simulación del circuito correspondiente a la Figura 11 utilizando Proteus considerando que S1, S2 y S3 están cerrados. La simulación debe incluir voltímetros para cada resistencia y amperímetros para cada línea de corriente. Figura 5: Simulación realizada en Tinkercad. Figura 6: Simulación del circuito correspondiente a la Figura 11b 1.3. ¿Por qué se debe desconectar la fuente para medir la resistencia de los circuitos con el multímetro como óhmetro? Sabemos que un aumento de corriente generará más resistencia, por esta razón es que se debe desconectar la fuente, para prevenir toma de medidas erróneas. Si se mide con el multímetro los valores cuando la fuente esta encendida, estos no podrían ser cercanos a los valores que se tiene previamente determinados en base al código de colores. 1.4. ¿Qué configuración del circuito más conveniente utilizar, el circuito de la Figura 10a ó Figura 11b? ¿Por qué? Las dos configuraciones dan como resultado los mismos valores de voltaje y de corriente. La diferencia está en los dispositivos que se aplican para controlar el paso de corriente. En el circuito de la Figura 10a el existen 3 interruptores individuales. Mientras que en la Figura 11b el circuito está compuesto por un dib-switch de 4 posiciones. La ventaja de este último circuito es que utiliza menos componentes, lo que permite tener un mejor orden en el circuito y configuraciones rápidas. 1.5. Presentar un cuadro en el que se incluyan los valores medidos y calculados de voltajes y corrientes, los valores de resistencias obtenidos en la simulación, los valores teóricos de las resistencias y los errores expresados en porcentaje para cada magnitud. Presentar un ejemplo de cálculo de los errores. Tabla 1. Valores de Voltaje experimental y teórico R Voltaje teórico Voltaje experimental %Error [𝑽] [V] R1 8.32 8.31 0.12% R2 3.68 3.68 0.00% R3 3.68 3.68 0.00% Tabla 2. Valores de Corriente experimental y teórica S Corriente teórica Corriente experimental %Error [𝒎𝑨] [𝒎𝑨] S1 1.49 1.48 0.67% S2 0.368 0.37 0.54% S3 1.12 1.12 0.00% Tabla 3. Valores de Resistencia experimental y teórica R Resistencia teórica Resistencia experimental %Error [𝒌𝛀] [𝒌𝛀] 6.1 15.6 15.601 0.006% 6.2 8.9 8.9019 0.02% 6.3 2.48 2.4823 0.09% 6.4 8.08 8.0828 0.03% - Para Voltaje: %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |𝑉. 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉. 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙| 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 100% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |8.32 − 8.31| 8.32 ∗ 100% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0.12% - Para Corriente: %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |𝑉. 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉. 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙| 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 100% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |1.49 − 1.48| 1.49 ∗ 100% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0.67% - Para Resistencia: %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |𝑉. 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉. 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙| 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 100% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |15.6 − 15.601| 15.6 ∗ 100% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0.006% 1.6. Comentar sobre los errores encontrados, así como identificar posibles causas y soluciones. Los valores de corriente, voltaje y resistencia encontrados en la simulación no sobrepasan el 0,6% de error respecto al los valores teóricos. Según la Tabla 1 los valores de voltaje experimental y teórico tiene un máximo de 0.12% en la resistencia 1 mientras que para las demás resistencias no existe un error. Los valores más altos de error se encuentran en la corriente experimental. Eso se debe a las idealizaciones de los componentes del circuito en el análisis teórico. Mientras que en el circuito experimental existen mayores o menores pérdidas de energía en forma de calor a través de las resistencias, esto debido a su grado de tolerancia. 1.7. Se conoce que una corriente de 20mA puede resultar en daños fatales para el ser humano. Si cada persona representa una resistencia de un valor determinado, determine el rango voltaje de voltaje que puede recibir cada uno de los integrantes de su grupo antes de que se llegue al valor máximo de corriente mencionado anteriormente. Explicar situaciones en las que se podría producir esta situación de riesgo y cómo evitarlas. Tabla 4. Voltaje soportan los integrantes grupo Resistencias de los integrantes [Ω] Voltaje antes valor máximo [V] Rango de voltaje 2425 48.5 0 – 48.5 V 2340 46.8 0 – 46.8 V 2275 45.5 0 – 45.5 V Como podemos ver en la Tabla 2, los estudiantes soportan esa cantidad máxima de voltaje, al momento que entren en contacto con esa cantidad de voltaje estarán llegando ha exponerse a los 20mA que sería fatal. Esto podría suceder al momento de arreglar algún cable de luz o al momento de realizar experimentos con electricidad, para el primer caso se puede evitar apagando la fuente y ya todo apagado arreglar cualquier cable, para el segundo caso se puede evitar utilizando todos los complementos de seguridad que se requieran para realizar el experimento. 1.8. Explicar la diferencia entre medir VDC y VAC con el multímetro digital. La diferencia que existe al medir VDC y VAC con el multímetro digital, es en la conexión de las puntas del multímetro. Al medir VDC, la punta roja del multímetro se coloca al terminal positivo, mientras que la punta negra al negativo, encaso de conectar al revés, el instrumento nos dará como respuesta un valor de voltaje negativo. En cambio, al medir VAC, no se considera la polaridad al momento de conectar las puntas al instrumento. 1.9. Definir VRMS, presentar y explicar la ecuación de cálculo de un VRMS. RMS (room-mean-square)o valor eficaz, se define como el valor de corriente alterna o al voltaje, produce un efecto de disipación de calor equivalente a la corriente directa. Mientras que, VRMS hace referencia al voltaje equivalente de VDC produciendo tensión de CA. 𝑉𝑟𝑚𝑠 = √ 1 𝑇 ∫ 𝑣(𝑡)2𝑑𝑡 𝑇 0 Donde: Vrms∶Valor eficaz de tensión [v] T: Periodo 𝑣(𝑡): Función de voltaje [v] II. CONCLUSIONES Ron Loaiza Edwin Alexander - Tal y como hemos podido comprobar el Protoboard es una herramienta muy eficaz para el desarrollo de circuitos eléctricos, realizándolos de forma sencilla y rápida, ya que este evita empalmes y soldaduras, también permite la reparar conexiones mal hechas de forma rápida. - Ahora que hemos visto lo anterior concluimos que podemos aplicar la ley de Ohm en valores acercados a la realidad para cuantificar valores de voltaje peligrosa para una persona. Génesis Ivonne Díaz Cuenca - El grado de tolerancia de las diferentes resistencias son posibles causas de los bajos porcentajes de error en los valores obtenidos en el circuito experimental con respecto al análisis teórico. - Tinkercad permite el acceso a diversas herramientas eléctricas y electrónicas para el diseño de circuitos. Es muy intuitivo de usar y facilita los procesos de simulación de una forma dinámica. Fabiana Alejandra Recalde Mendoza - Se concluye, que los valores de las tablas de errores de porcentaje no fueron mayores a 0.8%, esto se debe a que la simulación que se realizó en ambos programas daba valores casi exactos, limitándose en la cantidad de valores de cifras significativas. 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑎𝑧 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 [𝑉] 𝑇 = 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑣(𝑡) = 𝐹𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 [𝑉] Para un valor máximo, 𝑣(𝑡)2 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡, a partir de este valor se puede calcular ondas senoidales, cuadradas o triangulares. - En conclusión, al abrir los swicthes S3 y S2, la corriente no circula a través de las resistencias que se encuentran conectadas, dando como resultado una resistencia equivalente de 15.6 𝑘𝛺 y 8.9 𝑘𝛺, III. RECOMENDACIONES Ron Loaiza Edwin Alexander - Se recomienda no manipular cables directamente de una fuente de alimentación con la mano y siempre tener en cuenta las medidas de seguridad para manipular estos artefactos, ya que el alto voltaje puede ser fatal para la salud de una persona. Génesis Ivonne Díaz Cuenca - Para las correctas mediciones de voltaje y de corriente es necesario realizar las conexiones en paralelo y en serie respectivamente. De otra forma, los datos medidos corresponderán a una configuración diferente. Fabiana Alejandra Recalde Mendoza - Para evitar errores en la medición tanto para voltajes, corrientes como para la resistencia, se recomienda trabajar con un software que de como resultado valores con más cifras significativas. IV. REFERENCIAS (n.d.). Ingerlcom. (n.d.). Retrieved from https://www.ingelcom.com.ec/blog/blog- 1/post/instrumentos-de-medida-electrica-27 Laboratorio de Electrónica Industrial. (2022). Práctica 2: Instrumentos de laboratorio y elementos resistivos.
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