CURSO

Laboratorio de ElectricidadNro. DD-106

Pgina 6 de 6

ObjetivosConocer y utilizar software de simulacin y aplicarlo al clculo y evaluacin de circuitos elctricos.Evaluar y reforzar el aprendizaje de los temas de laboratorios anteriores.Material y EquipoPC con software de simulacin LivewireFundamento TericoEn el presente laboratorio se trabajar con software de simulacin a fin de recordar y reforzar los temas vistos en las sesiones anteriores. Por tanto, ser relevante el fundamento terico de todos los laboratorios anteriores.Al hablar de Simulacin por Computadora, estamos utilizando herramientas informticas con el fin de reducir costo, tiempo y/o riesgo en la elaboracin de sistemas reales a travs de modelos. El modelamiento es parte importante de cualquier proceso de diseo. Se buscar reflejar de la mejor forma posible el sistema real que se quiera representar, a fin de obtener del modelo conclusiones que sean aplicables al caso real.En particular se usar modelamiento por computadora para simular aquellos sistemas que son fcilmente explicables a travs de modelos matemticos, pero cuyo clculo pudiera ser largo y tedioso, especialmente si son sistemas que cambian en el tiempo y resulta totalmente inviable realizar clculos o mediciones demasiado frecuentes en el tiempo.Los sistemas elctricos y electrnicos cumplen con estas caractersticas. La mayora de dispositivos elctricos y electrnicos tienen comportamiento ya modelado desde el punto de vista matemtico y por tanto se pueden utilizar durante la simulacin por computadora. El clculo manual resultara muy tedioso tratndose de circuitos que cambian con el tiempo y, en particular, cuando algn dispositivo presente un comportamiento no lineal (como sucede con muchos dispositivos electrnicos).En este laboratorio utilizaremos el software Livewire Professional Edition, programa de simulacin elctrica y electrnica poderoso y simple de usar.Debe tenerse en cuenta que los resultados de un proceso de simulacin siempre dependern de la calidad de los modelos utilizados. Se deber considerar el error probable en funcin a la precisin de estos modelos. En particular, el software Livewire permite trabajar con modelos bastante precisos, incluso elegir entre dispositivos "reales" "ideales", entendindose por esta distincin como una eleccin entre modelos ms complejos o simples para los mismos dispositivos. Por ejemplo, un cable se podra considerar como un cable ideal (sin resistencia) o como un cable real en el que adems de resistencia por unidad de longitud tambin se tenga otros parmetros (capacitancia o inductancia) que pudieran afectar el comportamiento del sistema simulado. Depender del experimentador determinar cundo es relevante el efecto de la simulacin a travs de modelos ms complejos. Esta situacin es anloga a considerar el efecto de los instrumentos de medicin dentro del sistema a ser medido. Por ejemplo, sabemos que un ampermetro ideal debe comportarse como un circuito cerrado, pero un ampermetro real se comporta como una resistencia muy baja. Ser labor del experimentador determinar cundo esa resistencia baja puede afectar a la propia medicin, es decir, cuando se est midiendo la corriente a travs de una resistencia de carga lo suficientemente baja como para que el ampermetro en serie represente una prdida relevante.En el presente laboratorio tambin haremos una breve introduccin de los Condensadores. El Condensador es un elemento capaz de almacenar carga elctrica hasta cierto lmite, en funcin de su propiedad llamada Capacitancia, que se mide en Faradios.La Capacitancia de un condensador se define como la relacin entre la Carga almacenada en l (Q) y la tensin entre sus terminales, necesaria para almacenar dicha carga (U). De esta manera:C = Q / UPor tanto, una capacitancia de 1 Faradio corresponder a 1 Coulombio de carga almacenada gracias a una diferencia de potencial de 1 Voltio entre los extremos del condensador. El Faradio es una unidad bastante grande, es por ello que se utilizan sus submltiplos, el microFaradio (F), picoFaradio (pF) y nanoFaradio (nF).

ProcedimientoAbra el programa Livewire. Si aparece una ventana titulada Start Here, elija ah la opcin Electric Circuits a fin de abrir la carpeta de circuitos elctricos dentro de los ejemplos disponibles en el programa. Si no aparece dicha ventana, utilice la opcin del men File, Open, elija la carpeta C:\Archivos de programa\New Wave Concepts\LiveWire\Examples\Electricity. Seleccione el archivo Bulb Circuit.lvw y bralo.1. Se abrir una simulacin de un circuito simple con una lmpara incandescente conectada en serie con una batera de 6 voltios y un interruptor, de acuerdo con los grficos siguientes:

Current Flow: Simulacin que muestra la corriente que circula por el circuito, en color rojo cuando est a mayor potencial y en color verde cuando sea menor.Voltage Levels: En este caso se muestra una pequea barra roja en los puntos que estn a un potencial positivo y una barra azul en aquellos negativos.

Adems se mostrar una galera incluyendo nuevos dispositivos a colocar dentro de un circuito. En ella podr elegir entre diferente tipo de fuentes de alimentacin y bateras, dispositivos resistivos (Resistencias fijas y Resistencias variables segn algn parmetro, sea este la posicin de un cursor, la temperatura del dispositivo, la luz incidente, etc. En caso de cerrarse esta ventana podr abrirla presionando Ctrl+F2.Tambin dispondr de diferentes tipos de conectores, terminales de conexin, instrumentos de medicin, dispositivos de salida como lmparas o zumbadores, motores, interruptores, etc.En el caso de nuestro primer circuito tenemos una lmpara, una batera y un interruptor. Podr verificar que la lmpara se enciende cuando activa el interruptor (haciendo clic con el mouse).Hay que notar que, como se trata de un circuito de ejemplo dentro del programa, se encuentra protegido a fin de evitar modificaciones. Por tanto procederemos a guardar una copia del circuito y en ella realizaremos algunas modificaciones luego de desprotegerla. Seleccione el men File, Save As y coloque el nombre Bulb Circuit Modificado.lvw y elija guardar. Posteriormente, en este nuevo archivo, elija la opcin File, Unprotect Document a fin de modificarlo.Debe notar que, por defecto, el archivo se abri en el modo de ejecucin de la simulacin. Note en los iconos de la parte superior que est seleccionado el botn Play. A fin de realizar modificaciones debe presionar el botn de Stop (cuadrado negro). Posteriormente se volver a ejecutar la simulacin con el botn Play.Coloque un ampermetro en serie con la lmpara. Para ello, del grupo Measuring elija Ammeter. Elimine el cable inferior del circuito y reemplcelo por el ampermetro. De ser necesario rote el ampermetro eligiendo la opcin Arrange del men contextual (botn derecho sobre el ampermetro). El circuito deber quedar como en la figura. En el men contextual, opcin Mode, asegrese de que el ampermetro est en modo DC.

Active el botn Play. Ahora el circuito est funcionando pero la lmpara no enciende pues el interruptor SW1 no est activado. Haga clic en SW1 y compruebe que la lmpara se enciende. Adems, segn en modo de visualizacin en el que se encuentre, podr ver las barras de color que indiquen mayor o menor potencial (en el modo Voltage Levels) o la corriente fluyendo, de color rojo en el cable que est a mayor potencial y de color verde en el de menor (modo Current Flow).Tome nota de la medicin del ampermetro, incluyendo las unidades: 89.92mAConsiderando que la fuente es de 6V, determine el valor de resistencia de la lmpara: 0.06672khCalcule la potencia que est siendo utilizada por la lmpara: 539.52mWColoque otras dos lmparas en paralelo. Puede sacarlas del grupo Output Componentes, o hacer copias de la lmpara ya existente. Haga las conexiones jalando con el mouse el cable de cada terminal de la lmpara y conectndolo en el punto de conexin adecuado.Active la simulacin y tome nota de la medicin del ampermetro:269.26mADetermine el valor de resistencia equivalente de las 3 lmparas en paralelo:0.02228khCalcule la potencia que est siendo utilizada por las 3 lmparas: 1615.56mWQu conclusin puede sacar del comportamiento del circuito bajo esta nueva configuracin? Se pudo concluir que la resistencia del primer circuito es mayor al del segundo circuito. Sus

valores son del primer circuito es 0.06672kh y del segundo circuito es 0.02228kh.

Ahora modifique el circuito para tener una lmpara en serie con las otras dos (que estn en paralelo). Para esto, tendr que eliminar el cable que une a la lmpara 1 con el interruptor, y en su lugar colocar una de las otras lmparas. De ser necesario mueva hacia arriba el interruptor a fin de hacer espacio para la nueva lmpara.Active la simulacin y tome nota de la medicin del ampermetro: Por qu cree que las dos lmparas en paralelo no se encienden con la misma intensidad que la lmpara que est en serie con ellas?Porque el primera lmpara esta en serie lo cual tiene ms intensidad y la segunda lmpara y la

tercera lmpara estn en paralelo y es por eso que ello ni tienen le misma intensidad que el

primera lmpara.

Cunto debe ser la Intensidad de Corriente por la lmpara en serie? 39.98mACunto debe ser la Intensidad de Corriente por cada lmpara en paralelo? 19.99mACalcule la potencia utilizada por cada lmpara: 1-159.87mW , 2-39.97mW y 3- 39.97mWCalcule la potencia que est siendo utilizada por las 3 lmparas: 359.76mWCoincide esta potencia calculada con la suma de las tres potencias individuales? Abra el archivo Landing Light.lvw.Explique el funcionamiento de este circuito y para qu sirve:Este circuito es una conmutacin es decir sirve para energizar y desenergisar una lampara de dos puntos diferentes

Abra el circuito Input Sensors.lvwEstos circuitos simulan la presencia de sensores. Un sensor puede tener diferentes comportamientos relacionados a una propiedad que cambia en relacin con la magnitud que est midiendo. En el circuito superior tenemos una Foto Resistencia (R1) cuyo valor cambia segn la cantidad de luz que incide sobre ella (no confundir con una fotocelda, que lo que hace es generar un voltaje segn la luz incidente). En el circuito de abajo tenemos una Termo Resistencia cuyo valor vara con la temperatura. En ambos casos hay un voltmetro mostrando la tensin en el punto intermedio del circuito (la tensin en la carga R2 para el primero y en la propia termo resistencia para el segundo), adems de un graficador para mostrar la variacin histrica de las mediciones.Usted puede modificar los valores de simulacin de intensidad luminosa y temperatura moviendo el cursor que hay en la foto resistencia y en la termo resistencia. Tome nota de los valores de tensin para cada uno de los valores de intensidad luminosa y temperatura indicados y calcule la intensidad de corriente por el circuito en cada caso:Intensidad Luminosa en R1 (lux)Cada de Tensin en R2 (Voltios)Corriente por R2Temperatura de R4 (C)Cada de Tensin en R4 (Voltios)Corriente por R4

108.62mV862nA-207.6V139.99uA

6035.27mV3.53uA-157.20V180.08uA

10972.28mV7.23uA-106.74V226.24uA

159113.88mV11.39uA-56.22V277.51uA

307276.49mV27.65uA05.68V332.45uA

406433.26mV43.33uA104.54V446.03uA

555811.65mV81.17uA203.47V552.62uA

6541.27V126.71uA302.57V642.50uA

7532.16V215.53uA401.87V712.60uA

8023.01V301.47uA501.35V764.58uA

8524.65V465.24uA60979.58mV802.03uA

9018.65V865.38uA70713.29mV828.66uA

9518.65V865.38uA75610.80mV838.91uA

10008.65V 865.38uA80524.45mV847.54uA

Grafique cada una de las tablas de valores de tensin en funcin de su correspondiente magnitud de medicin. Asegrese de distribuir adecuadamente los valores en la escala horizontal a fin de obtener divisiones distribuidas uniformemente.

Qu puede determinar a partir del grfico de tensin vs intensidad luminosa?

Qu puede determinar a partir del grfico de tensin vs temperatura?

Abra el archivo Capacitor Charging.lvw que representa otro tipo de dispositivo que puede estar presente en un circuito, el Condensador, capaz de almacenar carga elctrica hasta cierto lmite, en funcin de su propiedad llamada Capacitancia, la que se mide con una unidad llamada Faradio y sus submltiplos, el microFaradio (F), picoFaradio (pF) y nanoFaradio (nF). La Capacitancia de un condensador se define como la relacin entre la Carga almacenada en l (Q) y la tensin entre sus terminales, necesaria para almacenar dicha carga (U). De esta manera:C = Q / UPor tanto, una capacitancia de 1 Faradio corresponder a 1 Coulombio de carga almacenada gracias a una diferencia de potencial de 1 Voltio entre los extremos del condensador. El Faradio es una unidad bastante grande, es por ello que se utilizan sus submltiplos, el microFaradio (F), picoFaradio (pF) y nanoFaradio (nF). El circuito muestra el comportamiento de un condensador cuando se conecta a una fuente a travs de una resistencia en serie (posicin superior del interruptor SW1). Podr observar que el condensador va acumulando carga conforme pasa el tiempo desde que se enciende el circuito, y esa acumulacin de carga se traduce en una diferencia de potencial entre sus extremos, que se opone al ingreso de nuevas cargas. En cada instante de tiempo, la cada de tensin entre los extremos de la resistencia ser la diferencia entre la tensin de la batera y la tensin en ese momento en los extremos del condensador. Eventualmente el condensador se cargar hasta el nivel de tensin de la batera, en cuyo caso no circular ninguna corriente a travs de la resistencia.Cuando movemos el interruptor SW1 a la posicin inferior, la resistencia queda con un extremo conectado a tierra y el otro al condensador, que se encuentra cargado. En este momento, dado que el condensador tiene una diferencia de potencial entre sus extremos relacionada con la cantidad de carga almacenada, empieza a suministrar corriente a la resistencia en sentido inverso al que tuvo la corriente durante la carga del condensador. Esta corriente circula hasta que el condensador ya no tenga carga almacenada (recuerde que la Intensidad de Corriente se define como la Cantidad de Carga en Movimiento por un circuito).

Dibuje la grfica de voltaje instantneo que se obtiene durante la carga del condensador (interruptor SW1 en la posicin superior). Determine en cunto tiempo llega desde una tensin cero hasta los dos tercios de la tensin de la batera (6 voltios): __________Dibuje la grfica de voltaje instantneo que se obtiene durante la carga del condensador (interruptor SW1 en la posicin superior). Determine en cunto tiempo llega desde la tensin mxima (9 voltios) hasta un tercio de sta (3 voltios): __________Se define la constante de tiempo del circuito, = R.C donde R es la resistencia y C la capacitancia del condensador. Las unidades de sern en segundos y se puede demostrar que es el tiempo que demora el circuito en cargarse hasta dos tercios del valor mximo o en descargarse hasta un tercio de ste. Calcule el valor de para el circuito: __________Verifique que tenga el mismo valor que los determinados en las grficas de los puntos 40 y 41

Observaciones y Conclusiones:--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------