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Orientación Universidad
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Práctica de Laboratorio: Fuente Variable Regulada de Corriente Directa de 1.2-33V, Guías, Proyectos, Investigaciones de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Esta práctica de laboratorio se centra en el estudio de una fuente variable regulada de corriente directa (cd) de 1.2-33v. Los objetivos, materiales, introducción teórica, desarrollo experimental, cuestionario, descripción y desarrollo de los cálculos, observaciones y conclusiones de la práctica. Se explora la construcción física de la fuente, sus aplicaciones, especificaciones, y los componentes clave como el transformador, rectificador, filtrador y regulador.

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2022/2023

Subido el 20/10/2024

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
LABORATORIO DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
PRÁCTICA No. 1
FUENTE VARIABLE REGULADA DE CORRIENTE DIRECTA DE
1.2-33V
PROFESOR: M. en C. Sergio J. Alvarado Alvarado
GRUPO: 2IM34 SECCIÓN: B
INTEGRANTE DEL EQUIPO 2:
VILLARREAL SALINAS HUGO JOSÚE
FECHA DE ENTREGA: 21/09/2022
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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E

INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

PRÁCTICA No. 1

FUENTE VARIABLE REGULADA DE CORRIENTE DIRECTA DE

1.2-33V

PROFESOR: M. en C. Sergio J. Alvarado Alvarado

GRUPO: 2 IM 34 SECCIÓN: B

INTEGRANTE DEL EQUIPO 2 :

VILLARREAL SALINAS HUGO JOSÚE

FECHA DE ENTREGA: 21 /0 9 /

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

LISTA DE COTEJO PARA LA EVALUACIÓN DE LAS

PRÁCTICAS

GRUPO: 2IM34 SECCIÓN: B EQUIPO: 2

PRÁCTICA 1 FUENTE VARIABLE REGULADA DE CORRIENTE DIRECTA DE 1.2-33V

CONCEPTO DESCRIPCIÓN

VALOR

MÁXIMO

VALOR

OBTENIDO

Actividades previas , (presentación de bitácora que incluya

cálculos previos cuando aplique)

DESEMPEÑO

EN EL

LABORATORIO

(50%)

Ejecución de la práctica. Contempla el conocimiento del

desarrollo experimental, la planeación y la ejecución de la

práctica, incluyendo la habilidad en el manejo de los equipos

y materiales utilizados, registro e interpretación de

resultados, así como la aplicación de las normas de

seguridad en el laboratorio

Trabajo en equipo (trabajo colaborativo) 2

SUBTOTAL:

Apariencia , organización, ortografía, puntuación y

gramática

REPORTE DE LA

PRÁCTICA

(50%)

Descripción del desarrollo experimental en forma clara

incluyendo esquemas o diagramas.

Datos/Resultados obtenidos , Incluyendo tablas y gráficas

correctamente etiquetadas, con un registro correcto y

completo de datos u observaciones

Conclusiones y observaciones 2

SUBTOTAL:

TOTAL:

Nota:

Esta lista de cotejo tiene como finalidad evaluar en el alumno entre otras, las siguientes

competencias:

  • Habilidad de recopilación, síntesis y organización de información
  • Habilidades psicomotoras
  • Capacidad de análisis y de ejecución de procedimientos
  • Competencias interpersonales (trabajo cooperativo y colaborativo, expresión

oral y escrita,liderazgo, etc.)

Profesor: M. en C. Sergio J. Alvarado Alvarado

ALUMNO: VILLARREAL SALINAS HUGO JOSÚE

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Material y Equipo

a) Kit de fuente variable regulada

b) Multímetro digital

c) Pinzas de Corte

d) Desarmador plano

e) Desarmador de cruz

f) Soldadura y pasta para soldar.

g) Cautín de punta para soldar

h) Cinta de aislar

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Introducción Teórica

En general, una fuente de poder es una fuente de energía, esta energía puede ser de varios

tipos, energía térmica, atómica, eléctrica, etc. En el medio de la electrónica, la mayoría de

la gente llama fuente de poder a un circuito eléctrico que convierte la electricidad de un

voltaje de corriente alterna a un voltaje de corriente directa.

El voltaje de corriente alterna o Vca es, por ejemplo, el que obtenemos de la toma de

corriente de nuestras casas, el voltaje y la corriente es alterna ya que su polaridad varia con

una frecuencia especifica. Por ejemplo, el voltaje nominal de México es de 110 volts a 60

Hz. El voltaje directo tiene una polaridad fija sin variación de frecuencia. Este voltaje es el

que usa la gran mayoría de los circuitos electrónicos. La mayoría de los circuitos

electrónicos usa voltaje directo, pero siempre tienen un tipo de fuente de poder que

transforma el Vca a Vcd, la fuente puede ser externa o interna. Un cargador de baterías se

considera una fuente de poder, por que transforma el Vca a Vcd para cargar la batería

recargable.

El voltaje de corriente alterna se usa para transmitir la electricidad de un punto a otro, entre

más lejano es un punto del otro, mayor es la perdida de energía por la transmisión, para

minimizar está perdida, el voltaje se aumenta a varios miles de volts con corrientes

pequeñas usando transformadores de subida. Se usan transformadores de bajada, cuando

la electricidad se acerca a su destino final.

Las fuentes de poder pueden ser muy simples o complejas, el tipo más simple es el cuadro

negro que colocamos en la toma de corriente para cargar nuestro teléfono móvil. Las

especificaciones de estas fuentes son el voltaje de salida, especificado en volts y la

capacidad de corriente, especificada en amperes o potencia, que es el resultado de la

multiplicación del voltaje y la corriente máxima disponible. La potencia se expresa en watts.

Las computadoras de banco usan fuentes de poder de alta eficiencia que proveen varios

voltajes fijos a través de conectores estándar, estas fuentes proveen voltajes fijos de +5,

+12 y - 12 volts por medio varios conectores iguales que se conectan a la tarjeta principal,

discos duros y otros componentes de la computadora.

Las personas que diseñan tarjetas electrónicas, los estudiantes de ingeniería y los

investigadores suelen usar fuentes de poder para alimentar sus circuitos o experimentos.

Estas fuentes usualmente son de salida variable, se puede variar el nivel de voltaje y

corriente de manera manual con perillas independientes. Este tipo de fuentes generalmente

tiene indicadores de voltaje y corriente. El voltaje se varia para que los circuitos funcionen

correctamente, la corriente que se suple se limita para evitar daños en los componentes en

caso de que el ensamble bajo prueba este mal ensamblado o diseñado.

Las fuentes de este tipo pueden trabajar en modo de voltaje constante o en modo de

corriente constante, un indicador muestra si la fuente está en modo Vcd o CD. El modo de

corriente constante puede ser usado en procesos químicos que requieren el paso de una

corriente continua por un periodo de tiempo determinado para crear una reacción.

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Etapa de filtrado: Esta etapa queda constituida por uno o varios capacitores que se utilizan

para eliminar la componente de tensión alterna que proviene de la etapa de rectificación.

Los capacitores se cargan al valor máximo de voltaje entregado por el rectificador y se

descargan lentamente cuando la señal pulsante desaparece. Permitiendo lograr un nivel de

tensión lo más continua posible.

Etapa de regulación: Esta etapa consiste en el uso de uno o varios circuitos integrados

que tienen la función de mantener constante las características del sistema y tienen la

capacidad de mantener el estado de la salida independientemente de la entrada.

En general, los requerimientos para un regulador son:

  • Mantener la tensión de salida constante, independientemente de las fluctuaciones

de la entrada y la temperatura.

  • Mantener la tensión de salida constante, independientemente del consumo de la

carga.

  • La tensión de salida no debe contener componentes de alterna.
  • Debe ser capaz de limitar la corriente de salida.

Para las fuentes de alimentación lineales es común que la regulación la lleven a cabo

reguladores lineales de tensión, también llamados reguladores de voltaje, encapsulados en

circuitos integrados de tres terminales. Para fuentes de alimentación fijas se utilizan

reguladores fijos, mientras que, para fuentes de alimentación variables, se utilizan

reguladores variables.

En los reguladores fijos se obtiene una tensión fija partiendo de una tensión variable en la

entrada, con estos se obtiene un voltaje fijo entre los terminales de la resistencia de carga,

durante el periodo en el que se mantenga la corriente a través de dicha resistencia dentro

de un intervalo determinado, y estos pueden ser tanto positivos como negativos. Mientras

que los reguladores variables se puede controlar la tensión de salida partiendo de una

tensión variable.

Todo circuito regulador está preparado para disipar una potencia, normalmente en forma

de calor, los circuitos reguladores vienen preparados para que esta disipación no les afecte,

y suelen colocar un transistor que estabilice las variaciones que se produzcan.

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Desarrollo Experimental

  1. Abrimos el kit de armado de la fuente de alimentación, corroboramos que este

contuviera todos los componentes que vienen en la lista de material y nos

aseguramos de que vinieran en buenas condiciones.

  1. Con ayuda de nuestro multímetro, revisamos que cada componente funcionara

adecuadamente.

  1. Leímos el procedimiento y las recomendaciones para armar la fuente.
  2. Apoyándonos con el diagrama impreso, revisamos la polaridad adecuada de cada

componente y los soldamos conforme aparecían en el diagrama eléctrico.

  1. Atornillamos el circuito impreso en el gabinete para que este quedara fijo y soldamos

los conectores y accesorios en el panel frontal de la fuente.

  1. Sustituimos la clavija del kit por una de “uso rudo” para que esta no se rompa al

momento de desconectarla en prácticas posteriores.

  1. Cerramos la fuente y la conectamos al tomacorriente para verificar si esta funciona.
  2. Tomamos las medidas de voltaje máximo, voltaje mínimo y 2 lecturas intermedias,

también medimos el voltaje de corriente alterna en los bordes correspondientes y

los registramos en la siguiente tabla.

Vmin Vmax Vi1 Vi2 Vmin (CA) Vmax (CA)

2.53V 28.6V 11.52V 17.50V 15.8V 32V

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Cuestionario

1. Se quiere diseñar una fuente fija con una salida de 5V y 0.5 A y necesitamos calcular la

potencia que se disipa (PD) en el regulador usando un transformador de 7V y otro de 12V.

Para el transformador de 7V: la V max

de salida será 7 x 1.4142 = 9.9V. Descontando la caída

de los diodos del puente serán 7.9V a la entrada del reglador como la salida es de 5 V la

potencia disipada será de:

Para 7V:

Se multiplica por una constante (1.4142) esto con el fin de tener un rizado menor a 10%

𝑚𝑎𝑥

Se restan dos unidades esto dado el puente de diodos utilizado

𝑚𝑎𝑥

Haciendo una diferencia entre el voltaje de entrada y salida.

El producto de la caída de la tensión y la intensidad de corriente darán el valor de la potencia

disipada:

𝑃 = 𝐴 × 𝑉 = ( 2. 9 𝑉)( 0. 5 𝐴) = 1. 45 𝑊

Para 12 V:

𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑎𝑥

𝑃 = 𝐴 × 𝑉 = ( 9. 97 𝑉)( 0. 5 𝐴) = 4. 985 𝑊

2. Se desea diseñar una fuente de alimentación para un circuito que consume 150 mA a 12

V, el rizado deberá ser inferior al 10%. Para ello se dispone de un transformador de 10 V y

2.5 VA, y de un rectificador en puente.

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a) Determinar el valor del condensador. Suponiendo que se trabaja con un transformador

trifásico:

𝑚á𝑥

𝐶 = 1. 4202 × 10

− 6

b) Calcular la corriente que es capaz de suministrar el transformador para determinar si

será suficiente. Esta corriente deberá ser superior a la corriente que consume el circuito

que se va a alimentar.

c) Calcular el V máx

de salida del puente rectificador teniendo en cuenta la caída de tensión

en los diodos (conducen dos a dos).

𝑚á𝑥

𝑚á𝑥

d) Calcular el valor del condensador según la fórmula del 10%, la I es 150 mA, la f es 60 Hz

y el V máx

es de 12.14 V.

𝑚á𝑥

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Para calcular la corriente que el transformador puede suministrar, se divide 2.5 VA entre los

10V dando 250 mA, cumpliendo de esa forma que la corriente de suministro es mayor que

la corriente que se consumen en el circuito.

Con el fin de saber su voltaje máximo, a los 10 volts se le multiplica por la raíz de dos y a

esto se le resta 2 volts de la caída de tensión en los diodos del puente.

𝑚á𝑥

𝑚á𝑥

Finalmente, para conocer el valor del condensador de acuerdo con la formula del 10%, se

obtienen 1029 μF.

𝑚á𝑥

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Observaciones

Durante la realización de la práctica, observé los distintos componentes que conformaron

el circuito del regulador de la fuente; así como sus estructuras, su funcionamiento y su

capacidad. También observé que, si los componentes no se soldán de la forma correcta en

la tablilla del circuito podría quemar alguno de los componentes, de igual forma que si los

colocamos en la polaridad equivocada.

También observe que al tomar el voltaje de corriente alterna, la fuente de alimentación

contaba con tres terminales para medirla con el multímetro, a diferencia de la corriente

directa que solo cuenta con dos terminales.

Otra cosa que observe fue que se utilizaron distintos métodos para unir las piezas de la

fuente de alimentación, como lo fue soldar los componentes de la tablilla del circuito, usar

tornillos y tuercas para armar el regulador y unir la tablilla del circuito a la base de la fuente,

o ensamblar la pantalla que nos mostrara el voltaje al panel frontal de la fuente.

También es importante poner atención en el funcionamiento de cada uno de los elementos

del equipo, ya que su uso inadecuado, no permitiría realizar los análisis necesarios ni tomar

los datos que necesitemos.

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Bibliografía

Final Test. (2022). ¿Qué es una fuente de poder variable de corriente directa (CD)?.

Recuperado de: https://www.finaltest.com.mx/product-p/art-6.htmk

Mosca, G. y Tipler, P. (2010). Física para la ciencia y la tecnología. (6ª ed., Vol. 2A). Editorial

Reverté.

My Electronic. (2015). Slideshare: Los reguladores de tensión. Recuperado de:

https://es.slideshare.net/Jomicast/los-reguladores-de-tensin

Ramírez, D. (s.f.). Electrocomponentes: Fuentes de Alimentación. Recuperado de:

http://www.sase.com.ar/2011/files/2010/11/SASE201 1 - Fuentes_de_alimentacion.pdf

Tippens, P. (2001). Física: Conceptos y Aplicaciones. (

a

ed.). Editorial Mc Graw Hill.