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Una guía práctica para estudiantes de ingeniería electrónica sobre la medición de variables básicas en circuitos serie y paralelo. Se incluyen ejemplos de circuitos, instrucciones detalladas para la simulación y el montaje en protoboard, así como la tabulación de datos y el cálculo del error porcentual. El documento también aborda conceptos fundamentales como la ley de ohm y la potencia en circuitos eléctricos.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Electrónica extensión Tunja Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Tunja, Boyacá - Colombia juan.silva02@uptc.edu.co Resumen —Esta práctica tiene como objetivo poder identificar las variables eléctricas que poseen tanto el circuito serie como el paralelo, para esto es necesario comprender los fundamentos básicos de la ley de ohm, la cual nos permitirá calcular variables como el voltaje, la corriente y la resistencia de un objeto y/o circuito; para determinar este análisis se realizaran mediciones por medio computacional a través de un software de simulación electrónica en el cual sea posible visualizar los datos del voltaje, corriente, resistencia y potencia en el circuito, por otra parte la medición instrumental requerirá de un multímetro, el cual es capaz de medir variables de voltaje, corriente y resistencia. I. INTRODUCCION Las variables del circuito en serie presentan determinadas características, en el caso de la corriente esta será constante, esto quiere decir que no cambia en todo el circuito, por el contrario, el voltaje se presenta divido, de acuerdo con (Boylestad, 1998) “el voltaje a través de los elementos resistivos se dividirá de acuerdo con la magnitud de los niveles de resistencia”. Para determinar las magnitudes resistivas “la resistencia total de un circuito en serie es la suma de los niveles de resistencia” (Boylestad, 1998) asi como demuestra la ecuacion 1. (1) Se dice que un circuito esta conectado en paralelo cuando “el voltaje a traves de cada elemento es identico” (Dorf, 2015), la corriente en el circuito paralelo determina que “Para las redes en paralelo con una sola fuente, la corriente de la fuente (I) es igual a la suma de las corrientes de las ramificaciones individuales” (Boylestad, 1998). La resistencia total en un circuito paralelo se demuestra en la Ecuacion 2 (Dorf, 2015 .), ademas a esto se le atribuye que “La reistencia total de los resistores en paralelo siempre es menor que el valor del resistor mas pequeño” (Boylestad, 1998). (2) La potencia según (Dorf, 2015 .) “Es el periodo de gasto o absorcion de energía”. El método para determinarla en los circuitos serie y paralelo es a partir de los datos de cada elemento en el circuito en donde p es potencia en watts, w es energía en Joules, y t es tiempo en segundos. La potencia es “La carga que fluye a través de un elemento” (Dorf, 2015 .), esta afirmacion se demuestra en la Ecuacion 3. (3) Las mediciones de corriente y voltaje en los circuitos serie y paralelo se realizan de la misma manera, el instrumento para la correcta medición del voltaje es el voltmetro estos actúan como cortocircuitos abiertos, es decir, “El voltmetro siempre se conecta a través del elemento por el cual se va a determinar el voltaje” (Boylestad, 1998); la medicion de la corrinte es determinada por un ampermetro y se realiza en cortocircuito la medicion, esto quiere decir que “Los apermetros se coloccan en serie con la ramificacion en la cual se va a medir la corriente” (Boylestad, 1998). II. DESARROLLO DE LA PRACTICA ▪ Actividad 1 (Simulación circuito serie) Simular el circuito de la figura 1 en el software PROTEUS. Fig.1 Circuitos resistores en serie
Fig.2 Simulacion circuito serie en el software PROTEUS. ▪ Actividad 2 (Medición de variables eléctricas) Utilizar las herramientas de medición del software PROTEUS para obtener el voltaje y la corriente en cada elemento resistivo. Fig.3 Medición con voltímetro y amperímetro en el circuito serie. ▪ Actividad 3 (Montaje y medición en la protoboard) Realizar el montaje de la figura 1 en el protoboard y realizar la medición de voltaje DC en cada una de las resistencias, posteriormente realizar la medición de la corriente a través del circuito. Realizar el mismo procedimiento para la obtención de una segunda medición. Fig.4 Montaje del circuito serie en la protoboard. ▪ Actividad 3 (Tabulación de datos) Completar la Tabla 1 con los datos obtenidos en las actividades 2 y 3. Tabla 1 Tabulación datos de variables circuito serie. ▪ Actividad 4 (Media y Error porcentual) Determinar el valor de la Media del voltaje usando la Ecuación 4.1 y tomar los valores de las mediciones, posteriormente usar la Ecuación 4.2 para hallar el error porcentual de los datos, tomando el voltaje de simulación como el valor teórico y a la media como el valor experimental. (4.1) (4.2) Tabla 2 Tabulación datos media y error porcentual circuito serie. ▪ Actividad 5 (Simulación circuito paralelo) Simular el circuito de la figura 5 en el software PROTEUS. Fig.5 Circuito resistores paralelo.
▪ Actividad 10 ((Media y Error porcentual) Realizar el mismo procedimiento de la Actividad 4 determinando el valor de la Media de la corriente usando la Ecuación 4.1 y tomar los valores de las mediciones, posteriormente usar la Ecuación 4.2 para hallar el error porcentual de los datos, tomando la corriente de simulación como el valor teórico y a la media como el valor experimental. Tabla 5 Tabulación datos media y error porcentual circuito paralelo. ▪ Actividad 11 (Potencia en el circuito serie) Por medio del software PROTEUS hallar la potencia de cada elemento del circuito serie. Fig.10 Simulación potencia resistencia 1. Fig.11 Simulación potencia resistencia 2. Fig.12 Simulación potencia resistencia 3. Fig.13 Simulación potencia resistencia 4. Fig.14 Simulación potencia resistencia 5 ▪ Actividad 12 (Calculo de la potencia en el montaje serie) A partir de la Ecuación 3 calcular la potencia de cada elemento en el circuito serie. Tabular los datos de simulación de la Actividad 11 y plasmarlos en la tabla 6. Para realizar correctamente los cálculos es necesario que las magnitudes de las variables se encuentren en su escala base, es decir, el voltaje en (volts) y la corriente en (ampers).
Fig.1 Mediciones de potencia en un circuito serie ▪ Actividad 13 (Media y error porcentual de la potencia) Con los datos obtenidos implementar la Ecuación 4.1 para obtener el dato medio, posterior a estos cálculos determinar el porcentaje de error con la Ecuación 4.2. Fig.2 Cálculos Media y error porcentual de la potencia. ▪ Actividad 14 (Potencia en el circuito paralelo) Por medio del software PROTEUS hallar la potencia de cada elemento del circuito paralelo. Fig.15 Potencia resistencia 1 Fig.16 Potencia resistencia 2 Fig.17 Potencia resistencia 3 Fig.18 Potencia resistencia 4 Fig.19 Potencia resistencia 5