LEYES DE KIRCHHOFF, RECONOCIMIENTO DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y COMPONENTES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera mecnica FIMDepartamento Acadmico de Ciencias Bsicas, Humanidades y Cursos Complementarios

ContenidoINTRODUCCIN2OBJETIVOS3MARCO TERICO4MATERIALES7DATOS8PROCEDIMIENTO/CALCULOS9CUESTIONARIO13CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES15

INTRODUCCIN

En el presente laboratorio se armaron 2 circuitos para poder determinar el ngulo y prdidas de un condensador, empleando el mtodo de los tres ampermetros y los tres voltmetros.

OBJETIVOS

Medir en forma experimental el ngulo y factor de prdidas de un condensador. Se emplean los mtodos de los tres ampermetros y los tres voltmetros.

MARCO TERICO

CONDENSADORES: Un condensador consiste bsicamente de dos conductores separados por un dielctrico o por vaco para almacenar energa en forma de campo electrosttico. La capacitancia se define como la tasa entre la carga elctrica almacenada y el voltaje aplicado:

siendo la unidad para la capacitancia los Faradios (F). La energa electrosttica en Watts-seg Joules, almacenada en el condensador est dada por:

Dependiendo de la aplicacin, el dielctrico del capacitor puede ser aire, gas, papel impregnado, pelcula orgnica, etc, teniendo cada uno su propia constante dielctrica y temperatura.Factor de potencia: El trmino factor de potencia, en este caso, define las prdidas elctricas en el condensador que opera bajo un voltaje A.C. En un dispositivo ideal la corriente debe adelantar al voltaje aplicado en 90. Un condensador real, debido a las prdidas en el dielctrico, electrodo y contactos terminales, tiene un ngulo de fase menor a 90. El factor de potencia est definido como la razn entre la resistencia en serie efectiva y la impedancia del condensador.DETERMINACION DEL NGULO DE PRDIDAS Y DEL FACTOR DE PRDIDASLa calidad del condensador depende de la calidad del material aislante utilizado como dielctrico en la fabricacin del condensador. Este factor de calidad del condensador se determina midiendo el ngulo de prdidas. El ngulo de prdidas es =90 - , donde es el ngulo de desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensin aplicada al condensador. En uno ideal (sin prdidas) el ngulo de desfasaje es igual a 90. De esto se deduce que para determinar con exactitud el ngulo de desfasaje se procede a medir la potencia real disipada en el condensador (P) y la potencia aparente (VI):

Considerando el siguiente esquema equivalente del condensador (se est representando como un condensador ideal en paralelo con una resistencia equivalente):

Ic

RRIc

se deduce:

Es muy pequeo el valor del ngulo de prdidas y dificulta su determinacin por un mtodo tcnico. En los condensadores de precisin (patrones de laboratorio), tan es del orden de 10-4 a 103. En los condensadores industriales tan oscila entre valores comprendidos a 103 y 101, y el ngulo puede llegar a menos grados.En la industria se determina el factor de calidad del condensador (tan) utilizando uno de los dos mtodos que a continuacin enumeran:1.- Mtodo del vatmetroPara este mtodo se requiere la utilizacin de un vatmetro de bajos cos (0,1) y siendo ste un instrumento de alto costo, especialmente de las clases superiores a 0,5 no es muy usual.2.- Mtodo de las tres tensionesPara determinar el ngulo de prdidas mediante un vatmetro, se utiliza el esquema de la siguiente figura adjuntada, conectando en lugar de la impedancia sealada Z, R, X, el condensador a ensayar Cx.

El vatmetro seala la potencia Pc disipada y del producto de las lecturas del ampermetro y del voltmetro se obtiene el valor de la potencia aparente. A base de los valores obtenidos de la medicin, se calcula el factor de potencia cos, el cual en un condensador es de muy bajo valor.

Del diagrama fasorial de la figura 3-b se deduce:

El factor de prdidas del condensador Cx ser:

MATERIALES

condensadores

Autotransformador

Resistencia variable

Ampermetro de pinza

DATOS

Parte A b (Para valores: R1=692 y C=5.02F)Vs (v)As (mA)Vr (v)Vc (v)

1.5481.871.230.943

50.358.24030.6

100.511780.261.33

150.6174.512091.7

200.8232.5159.8122.1

220.2255.2175.5134.1

Parte A d (Para el valor: C=5.02F)Vs (v)As (mA)Vr (v)Vc (v)R

220.2255.2175.5134.1692

222300155.7159.1517

222348121185.2345.1

22239068210.4170

2224109.28220.627.1

Parte B 2 (Para valores: R1=441.7 y C=5.02F)Vs (v)As (mA)A R2 (mA)Ac (mA)

1.6827.073.826.33

50.8814811394

100.2293225188

150.4442339283

200.2588452377

220.7649499416

PROCEDIMIENTO/CALCULOS

A. Armar el siguiente circuito (figura 6.A).

a. Colocar R1 al mximo valor.b. Regular la salida del autotransformador desde cero hasta 220V, tomando juegos de valores de Vs, As, Vr1 y Vc.Para valores: R1=692 y C=5.02FVs (v)As (mA)Vr (v)Vc (v)

1.5481.871.230.943

50.358.24030.6

100.511780.261.33

150.6174.512091.7

200.8232.5159.8122.1

220.2255.2175.5134.1

c. Determinar el error relativo porcentual.Vs (v)As (mA)Vexp(Vs*As)ZV*I tericoError R %

1.5481.870.00289476870.6742150.002752245.17834507

50.358.22.92746870.6742152.905897470.74202644

100.511711.7585870.67421511.60049281.36207277

150.6174.526.2797870.67421526.04919220.88489408

200.8232.546.686870.67421546.30967510.81262696

220.2255.256.19504870.67421555.69022160.90647575

d. Manteniendo el voltmetro Vs y una tensin constante de 220V; regular la resistencia R1 desde el valor mximo al valor mnimo y tomar juegos de alores de Vs, As, Vr1 y Vc.Para el valor: C=5.02F

Vs (v)As (mA)Vr (v)Vc (v)

220.2255.2175.5134.1

222300155.7159.1

222348121185.2

22239068210.4

2224109.28220.6

Vs (v)As (mA)Vexp(Vs*As)ZV*I tericoError R %

220.2255.256.19504870.67421555.69022160.90647575

22230066.6739.25542866.66707890.1006178

22234877.256631.11298478.09061341.06877552

22239086.58555.076288.78780962.48661344

22241091.02529.09734393.14732092.28382406

B. Armar el siguiente circuito (figura 6.B).

1. La resistencia R2 poner en su mximo valor.2. Regular la salida del autotransformador variando la tensin desde cero hasta 220V, tomando juegos de valores de Vs, As, Vr2 y Vc. Para valores: R1=441.7 y C=5.02F

Vs (v)As (mA)A R2 (mA)Ac (mA)

1.6827.073.826.33

50.8814811394

100.2293225188

150.4442339283

200.2588452377

220.7649499416

CLCULOSP: Factor de prdidas, : Angulo de perdidasParte A bPara valores: R1=692 y C=5.02FVs (v)As (mA)Vr (v)Vc (v)P expP terico exp terico

1.5481.871.230.9438.1954590968.2285023730.9167136020.918655493

50.358.24030.68.2133141278.2285023730.9177641330.918655493

100.511780.261.338.2163942878.2285023730.9179450680.918655493

150.6174.512091.78.2222708498.2285023730.9182900320.918655493

200.8232.5159.8122.18.2232023928.2285023730.9183446860.918655493

220.2255.2175.5134.18.2229606378.2285023730.9183305030.918655493

Parte A dPara el valor: C=5.02FVs (v)As (mA)Vr (v)Vc (v)PexpP terico exp terico

220.2255.2175.5134.18.2229606378.2285023730.9183305030.918655493

222300155.7159.16.1489123346.1475949810.7745980750.774490968

222348121185.24.1051048714.1035493770.5787250360.578551514

22239068210.42.0306872672.0214528950.3125974920.311266222

2224109.28220.60.264315320.3222433730.0420423020.05124173

Parte B 2Para valores: R1=441.7 y C=5.02FVs (v)As (mA)A R2 (mA)Ac (mA)PexpP terico exp terico

1.6827.073.826.333.7917484797.516534120.5429711070.874536245

50.88148113947.5531908487.516534120.8769291310.874536245

100.22932251887.519769657.516534120.8747480080.874536245

150.44423392837.5265011287.516534120.8751882330.874536245

200.25884523777.5331558597.516534120.8756229840.874536245

220.76494994167.5368016067.516534120.8758609670.874536245

CUESTIONARIO

1) Cul es la finalidad de R1 y R2 en la determinacin del ngulo de prdidas y el factor de prdidas del condensador utilizado?Analizando el factor de prdidas de un condensador:

Luego se analiza sabiendo que R1 se encuentra en serie mientras que R2 se est en paralelo. As el factor de prdidas y el ngulo de perdidas sern:

De lo anterior se concluye que mientras ms pequeo sea R1 y R2 sea lo suficientemente grande entonces tanto el factor de prdidas como el ngulo de prdidas se harn ms pequeos.

2) Cul es la importancia del ngulo de prdidas y el factor de prdidas del condensador?

Tanto el ngulo de perdidas como el factor de prdidas dependen directamente, es decir que a mayor ngulo de prdidas mayor factor de prdidas, esto es debido a las prdidas en su dielctrico y aislantes que se traducen como disipacin de energa activa entre sus bornes debido al efecto joule.

3) Investigar el factor de prdidas y el ngulo de prdidas en condensadores normalizados, tales como condensadores con dielctricos de papel, aceite, cermica, polister, etc.

Se presenta una tabla comparativa para condensadores segn dielctrico:

CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

LABORATORIO N6: DETERMINACIN DEL NGULO Y FACTOR DE PRDIDAS DE UN CONDENSADORPgina 1